Projeto Paleo

Diga-se que este foi um dos mais divertidos projetos que desenvolvemos nos últimos tempos. Como todos os bons projetos, arrancou por acaso, com uma menção à vertente fablab do Centro de Recursos. A ideia original era a de complementar uma exposição de artefatos líticos com atividades de pesquisa em repositórios 3D e impressão de alguns dos elementos pesquisados. Mas percebemos que se podia ir mais longe.

Impressão 3D de biface

E porque não, pensámos, digitalizar alguns destes artefactos? Não dispomos de scanners 3D, mas sabemos utilizar aplicações de fotogrametria. Não temos tido muitas oportunidades para usar esta tecnologia de digitalização, e este projeto pareceu-nos uma excelente forma de o fazer. 

Projeto Paleo

 Na sua forma final, este projeto incluiu:
- digitalização 3D de artefatos líticos, com partilha online e ficheiros disponíveis para impressão 3D;
- impressão 3D de reproduções dos artefatos líticos;
- pesquisa no Centro de Recursos, em repositórios de conteúdo de 3D, de modelos relativos à pré-história;
- exposição no átrio da escola, reunindo artefatos originais, cópias impressas em 3D, impressões 3D de modelos pesquisados pelos alunos, bibliografia e monografias.

Finalizado o projeto e a atividade, a escola fica a dispor, no Centro de Recursos, de um acervo de reproduções rigorosas de artefatos líticos da zona de Elvas, Póvoa de Santo Andrião e Tróia, que podem ser utilizados pelos docentes de História nas suas aulas.

Malha poligonal texturizada, processada no ReMake

 Para quem quiser fazer uso dos materiais criados neste projeto, podem descarregar diretamente no Sketchfab, organizados na coleção Projeto Paleo. A página de cada artefato tem informação sobre o local de recolha, época histórica, material do artefato e dimensões reais para impressão 3D, em milímetros. No Sketchfab podem ser descarregados os modelos em OBJ, com mapa de texturas. Para impressão 3D, podem encontrar aqui os ficheiros STL: ficheiro zip contendo todos os artefatos líticos, ou podem aceder a esta pasta do Google Drive para descarregar ficheiros STL individuais: Projeto Paleo. Os ficheiros STL foram validados pelo netfabb e imprimem sem erros.

Tecnologias Utilizadas

Fotogrametria é uma técnica de digitalização 3D que se baseia na trigonometria. É possível extrair informação espacial a partir de medições feitas sobre uma imagem - o princípio matemático que permite gerar informação rigorosa a partir de reconhecimento e levantamentos aéreos. O que os algoritmos de fotogrametria fazem é concatenar essa informação espacial a partir de sequências de fotografias, identificando pontos em comum e com isso gerar a malha poligonal de um modelo 3D. Normalmente, tira-se um mínimo de vinte fotos ao redor do objeto a capturar. Os melhores resultados requerem muito cuidado na toma de fotos, com máquinas fotográficas e software calibrado.

Captura 3D, em pré-processamento

Há algumas soluções mais simples: o Scann3D para Android, que gera resultados razoáveis mas na versão gratuita sem o nível de detalhe que queríamos para este projeto; o Regard3D, programa gratuito que dá bons resultados na extração de point clouds e geração de malha poligonal a partir de fotografias, mas não está optimizado e não permite limpar triângulos em excesso (um processamento de dados de imagem para extracção de pontos pode demorar horas); acabámos por utilizar o poderoso ReMake da Autodesk, programa que requer 8Gb de RAM no mínimo para correr, e é gratuito com uma licença de educação. O processamento das fotos é feito nos servidores da Autodesk (há uma versão totalmente offline, mas necessita de 16 Gb de RAM para correr), e o algoritmo é poderoso e tolerante com a qualidade das imagens. Mesmo na versão gratuita, comparativamente ao Scann3D permite melhores capturas, e ao contrário do Regard3D, fá-lo de forma rápida e com ferramentas de edição para posterior limpeza de malha poligonal.

Artefatos para digitalizar, reproduções impressas em 3D, medição das dimensões globais dos artefatos nos eixos XYZ.

Depois de um teste inicial para validar o conceito, digitalizámos alguns dos objetos da coleção de Vítor Miranda, o professor de História que propôs este projeto. São artefatos líticos que recolheu em diversos locais arqueológicos do paleolítico e neolítico, que estudou no domínio de artigos e monografias, algumas das quais estão expostas na exposição que reúne as várias vertentes deste projeto. Não digitalizámos todos os objetos que nos trouxe. A fotogrametria não é apropriada para objetos muito pequenos, optámos por digitalizar os mais representativos. Como o método de captura foi algo rudimentar (um plinto de projetor, massa bostik ou suportes simples para manter as peças fixas, fotos com um telemóvel), tivemos uma taxa de sucesso nas capturas de cerca de 80%. Houve pelo menos três capturas cuja malha poligonal não correspondia aos nossos critérios mínimos de captura da forma.

Porquê em 3D?

Não é difícil ir a um repositório e encontrar modelos de artefatos líticos. Porque é que nos decidimos a fazer um projeto destes? A questão da autenticidade e proximidade parece-nos pertinente. Há uma diferença sentimental forte, de elo de ligação, entre trabalhar com modelos e exemplos vindos de outras realidades, ou tocar em objetos de realidades que nos são próximas. Saber que o artefacto milenar em que seguramos foi recolhido no nosso país, corresponde ao labor dos nossos longínquos antepassados, tem qualquer coisa de especial.

Pesquisa orientada de recursos em repositórios de modelos 3D.

Normalmente abordamos o património de outros países, porque temos poucos exemplos recolhidos e partilhados do nosso próprio património. Foi por isso que nos atirámos a este projeto, e disponibilizamos os modelos para visualização online e download para impressão 3D. Qualquer interessado pode fazer uso dos modelos que criámos nestes projetos, em qualquer contexto. Se tiverem uma enorme vontade de imprimir bifaces e machados pré-históricos, estes modelos estão ao vosso dispor. Se quiserem mostrar na sala de aula, permitindo que os alunos toquem nestes objetos, sintam a sua volumetria e textura, utilizem livremente o resultado deste trabalho. Não garantimos a total fiabilidade das capturas 3D, mas o seu processamento tentou ao máximo manter fidelidade ao modelo original.

Este projeto é mais uma contribuição para a partilha de conhecimento, de elementos que facilitem aprendizagens. Foi criado no âmbito das atividades do departamento de Ciências Sociais e Humanas do Agrupamento de Escolas Venda do Pinheiro, proposto pelo Prof. Vítor Miranda. As fases de pesquisa foram coordenadas pela Prof.ª Jacqueline Duarte, coordenadora do Centro de Recursos Poeta José Fanha, no âmbito do projeto Fab@rts: O 3D nas mãos da Educação. A captura e processamento 3D dos artefatos líticos foi feita pelo Prof. Artur Coelho, coordenador PTE e dinamizador dos projetos TIC em 3D/Fab@rts. A impressão dos modelos foi feita em impressoras BEEVERYCREATIVE no espaço maker do Centro de Recursos Poeta José Fanha e zona de trabalho PTE do Agrupamento.

Instantes

Numa sessão mais calma do LCD, os alunos aprenderam que nem todos os ecrãs são sensíveis ao toque ao colocar Blocks Zero que estamos a testar a imprimir.

Também no LCD, hora de aprofundar as técnicas de modelação 3D utilizando modelação por primitivos.

Nas aulas de TIC, sétimo ano, o desafio tem sido abordar o 3DC.io. Desafio para todos. Para os alunos, pela descoberta, para o professor, para perceber quais as melhores estratégias de abordagem e temas desafiantes.

Depois de uma aula de introdução, a segunda aula tem um tema. Nesta turma, desafiamos os alunos a modelar animais e plantas.

Para afinar a aula de introdução, pensámos numa atividade simples que permite aos alunos descobrir as ferramentas do 3DC.io e perceber as principais técnicas de modelação por primitivos: modelar uma caneca. É simples, permite abordar o interface da aplicação, leva a desenvolver técnicas de modelação e a perceber as operações booleanas de corte e união.

Já só faltam... bastantes. Um desafio para o baile de gala, este ano.

As casas impressas em 3D do projeto Rainbow Village regressaram às exposições. Desta vez, integradas na semana do departamento de Expressões, junto dos desenhos originais que serviram de base a este trabalho, desenvolvidos em Educação Visual.

O nosso micro-fablab em modo de fábrica de porta-chaves/Girls in ICT, enquanto o professor actualiza o firmware da Blocks Zero. Uma impressora simpática, mas um pouco difícil de utilizar, comparando com a usabilidade das impressoras da Beeverycreative.

Um momento privilegiado: Jorge Horta, que fotografou a cores o 25 de Abril, fala aos alunos da sua experiência. Jorge Horta trabalhou durante anos na Autodesk, foi um dos primeiros a introduzir software de CAD 3D na indústria, adquirindo o primeiro sistema da Lisnave para auxílio à construção naval. Ficou bem impressionado com o nosso trabalho de desenvolvimento de competências 3D, especialmente ao saber que as ferramentas gratuitas da Autodesk são fundamentais para o que fazemos.

Primeiro, os protótipos.

Quando se percebe qual a melhor configuração, finaliza-se. Modelo da Ponte 25 de abril sobre mapa de elevações, criado pelos alunos no âmbito do projeto A Terra Treme, a nossa participação este ano no Ciência na Escola.

 

Quarta foi dia de formação 3D na nossa escola. Apesar de para professores de áreas não artísticas ou tecnológicas o mundo dos repositórios ser mais importante e pertinente, quisemos que experimentassem a modelação 3D. Assim, perceberam a complexidade mental do 3D, o jogo mental a que obriga, na busca da forma de conjugar formas para representar objetos, a necessidade de ter perceção do espaço e compreender a globalidade da forma em diferentes pontos de vista.

FormIt

Às voltas com o FormIt, uma aplicação de modelação 3D da Autodesk. A busca por apps que permitam modelar em 3D em tablets Android tem sido uma das minhas guerras nos últimos tempos, por causa dos projectos em que tenho envolvido a escola. Se modelar em 3D no computador dá acesso a muitas vertentes e metodologias de trabalho, o tablet é muito portátil, relativamente barato e algo que anda nas mãos da maior parte dos meus alunos. A biblioteca da escola, no âmbito de um projecto de literacia digital e impressão 3D, está dotada de um grande número destes equipamentos. Para muitas tarefas, substituem o computador. E no 3D, como é?


Para utilizadores de iPads, existe um grande número de aplicações de modelação 3D. Mantenho algumas debaixo do radar: a Gravity Sketch, pela facilidade de modelação, e a Morphi, pelo investimento que o seu criador faz no mesmo tipo de trabalho que desenvolvo nos projectos TIC em 3D/Fa@rts, centrado nas CTEM, colocando a modelação e impressão 3D nas mãos das crianças. É um ecossistema diverso, com muitas apps à escolha. Há uma razão para isto: a Apple adquiriu as patentes das tecnologias de interacção 3D em tablets que permite a modelação.


Em Android o panorama não é animador. Contam-se pelos dedos de uma mão as aplicações na Playstore da Google que oferecem soluções de modelação 3D simples e intuitivas. A maior parte delas não garante grandes resultados, dá problemas de compatibilidade, ou está limitada no tipo de trabalho que se pode fazer. As aplicações web, como o Tinkercad e o My.Sketchup, não correm nos browsers dos tablets. Das aplicações disponíveis, o Sculpt+ da Autodesk permite modelar em escultura digital, mas gera ficheiros com malhas poligonais muitop densas, um pesadelo de tratar para impressão 3D. O Thingmaker Design é excelente e divertido, mas não permite ir além da conjugação das suas peças modulares. O 3DCreationist é prometedor, possibilitando modelação por primitivos, mas o seu interface é problemático e dificulta a criação. O exótico SubDivFormer permite boas aventuras em subdivisão de superfícies, mas as versões mais recentes geram um tipo de STL ilegível por qualquer outra aplicação. Resta o FormIt, que durante muito tempo pensei que serviria para pouco mais do que aglutinar cubos. Há uns tempos atrás, dei-lhe uma segunda oportunidade e dediquei-me a ver uns tutoriais em vídeo. Percebi que ao contrário do que pensava, esta app é uma ferramenta poderosa, diria que quase um Sketchup Make para tablets. E não se fica por aí.

O FormIt está integrado com a solução cloud A360 Drive da Autodesk. Se se modelar em tablet, a única forma de descarregar o projecto (em OBJ)  é exportar para a drive A360. É um passo bizantino, especialmente se se perceber que o FormIt também pode ser utilizado no PC quer como aplicação instalada no computador quer como web app, a correr no browser. Acedendo ao FormIt na web com uma conta Autodesk, podemos editar qualquer ficheiro que esteja na drive A360.


Trabalhar com o FomIt no tablet tem as suas agruras. Há procedimentos muito fáceis, outros nem por isso. Criar extrusões é simplíssimo - basta tocar numa superfície para a seleccionar e empurrar com o dedo para gerar uma forma. As inferências ajudam ao traçado de linhas. Podemos utilizar operações de união e intersecção (para modelar para impressão 3D, a união ajuda imenso a obter malhas poligonais estanques). Outras operações, como a rotação, posicionamento e escalagem, apesar de simples colidem com algumas opções de interface e poderiam ser mais fluídas. No global, é fácil de utilizar, tem uma curva de aprendizagem rápida, apenas as problemáticas inerentes ao tipo de interface de tablet complicam o trabalho nesta app.


Ou seja, posso modelar no tablet, sincronizar com a conta Autodesk (a mesma para o Tinkercad e Autodesk 123), e posteriormente utilizar o FormIt A360 Web no browser para rever, melhorar ou aplicar ferramentas de modelação mais avançadas ou trabalho de texturas. No browser podemos descarregar directamente para o computador o projecto em STL, OBJ e nos formatos da Autodesk.

A experiência mostrada neste post é um modelo criado integralmente no meu tablet, da modelação 3D à texturização. Mostra que a ferramenta é mais poderosa do que aparenta. Exportar do FormIt A360 web permitiu obter um ficheiro OBJ que o Bryce reconheceu e permitiu rever texturas e fazer um rendering mais complexo. Para o Sketchfab foram importados o OBJ e materiais directamente gerados pelo A360. Ainda não experimentei imprimir em 3D, mas os ficheiros STL gerados pelo FormIt costumam passar sem erros, ou com erros mínimos, na análise e validação com o netfabb.

Workshop Introdução à Impressão 3D - Lisboa

Hoje foi assim, na sala Escola do Futuro do Museu das Comunicações em Lisboa. Workshop de Introdução à Impressão 3D da ANPRI. Três horas intensas e exigentes, porque condensar técnicas, potencialidades e introdução a esta tecnologia é tarefa ingrata. A quantidade de ideias, conhecimentos, metodologias e aplicações de trabalho partilhada é muito elevada, e esperamos que entre a introdução deste momento de formação e os materiais complementares que disponibilizamos aos formandos, estes ganhem algumas bases que lhes permitam iniciar o seu próprio percurso pessoal de descoberta desta fantástica tecnologia, cheia de potencial.

Desenganem-se, as minhas fotos foram todas tiradas no final da sessão. Não houve tempo para ser de outra maneira. Para este workshop, a Anpri disponibilizou a sua impressora 3D BEEINSCHOOL, e complementei com exemplos tácteis de trabalhos desenvolvidos pelos alunos do Agrupamento de Escolas Venda do Pinheiro. Os nossos bonecos, modelos moleculares, brinquedo vencedor do concurso Codeweek 3D e modelo da fachada do convento de Mafra despertaram a atenção dos participantes.

A formação iniciou-se pelo essencial, a introdução à modelação 3D em Tinkercad, com o clássico desafio de modelar um porta-chaves. É um exercício simples que permite iniciar conceitos elementares da modelação 3D. Mas não nos ficámos por aqui. Também se abordou um pouco de Sketchup e Inkscape, mostrando como na modelação 3D podemos conjugar diversas aplicações para criar. Mostrou-se também o processo de preparação de um modelo para impressão, com correcções e validação de mesh no netfabb, e correcções e remeshing no Meshlab. Mostrando que o tablet começa a ser uma poderosa ferramenta de modelação, fizeram-se curtas demonstrações do 123D Catch (fotogrametria), escultura digital no Sculp+, a simplicidade modular do Thingmaker Design e a integração do FormIt em app para tablet e web app. E não pudemos deixar de mostrar o que o Mineways faz aos mapas do jogo Minecraft, extraindo a informação 3D para impressão dos modelos criados pelas crianças no jogo.

O uso e manutenção das impressoras 3D também foi abordado, mostrando como funciona a tecnologia FDM/FFF, como utilizar o Beesoft para controlar a impressora e imprimir objectos com opções de impressão (resolução, densidade, suportes, raft). Também houve tempo para falar um pouco da tecnologia de manufactura aditiva e das suas potencialidades pedagógicas.

De facto, é muita informação para um espaço de tempo tão curto. E ainda ficou muito por dizer. Teremos de equacionar uma acção de formação formal, mais alongada, que permita aos formandos aprofundar estas questões.

Andava por lá um bom exemplo das potencialidades pedagógicas da impressão 3D como ferramenta aliada a outras do crescente arsenal de tecnologias educativas: o robot Anprino. Fiquei a saber que estes dois protótipos já têm nome. O  segue-linhas/desvia obstáculos foi apelidado de Luís, por causa do Luís Dourado, que andou de volta da electrónica e programação do Anprino. O controlado por bluetooth é o artur, o despistado. Certeiro, diria!

No final da formação, um dos simpáticos responsáveis do Museu das Comunicações perguntou-me quantos formandos estiveram presentes no workshop. Para aí uns quinze, disse. Era a informação que tinha, sabendo que também estariam presentes três elementos do Museu. "Contei 21", disse o segurança. Whoa! É bom ver o interesse na impressão 3D em contextos educativos a crescer, sem hype e com muita reflexão. É um ponto que saliento sempre nestes momentos. Esta tecnologia pode ser uma enorme mais-valia para os nossos alunos, mas temos que saber o que queremos dela, senão arrisca-se a tornar-se mais um objecto que depois do entusiasmo inicial fica numa sala, ou numa arrecadação da escola, a apanhar pó por falta de uso. Para evitar isto, há que reflectir, ler, investigar e partilhar. Confesso que tenho um enorme gosto por poder dar a minha contribuição para que esta tecnologia se dissemine entre os professores, e uma enorme gratidão à ANPRI pela abertura que demonstra, que se tem traduzido nos estimulantes desafios em que participo.

Edit: Fui consultar os registos e reparei que foi há exactamente um ano que, com a ANPRI, foi desenvolvido também no espaço Sala do Futuro aquele que foi o primeiro workshop de introdução à impressão 3D para professores. De 28 de novembro de 2015 a 26 de novembro de 2016, digamos que tem sido um ano emocionante!