Imprimir o rosto em 3D

Nós por aqui estamos apaixonados pelo 3D Face Reconstruction, o algoritmo que permite criar modelos 3D do rosto a partir de uma única foto. Para o conseguir, basta aceder ao site, enviar uma foto, esperar que o algoritmo faça o processamento e na janela de visualização descarregar o ficheiro OBJ.

Daqui para impressão 3d há uns passos a dar. Estamos a utilizar o 3D Builder do Windows 10 para nos ajudar a processar os modelos. Ao abrir o ficheiro no 3D Builder, o programa informa-nos que o modelo tem erros. Basta clicar para reparar. A deteção e correção de erros em ficheiros 3D do 3D Builder utiliza as ferramentas do Netfabb. 

 Após a correção, exportamos o resultado no formato STL.

 A malha poligonal do modelo gerado pelo 3D Face Reconstruction necessita de algum processamento para garantir uma impressão eficaz. Vamos utilizar o Netfabb para aplicar algumas correções.

 
 Vamos eliminar o excesso do modelo com um corte. Com a orientação da peça, escolhemos um corte no plano Z (vertical).

Apesar do 3D Builder já ter corrigido a peça, aplicamos mais uma correção no Netfabb.

Depois de exportar o STL, resta imprimir. Sugerimos que os modelos sejam escalados para 70 ou 80 mm no eixo maior, com tempos de impressão de cerca de uma hora e meia com 0.2 mm de resolução de camada.

Sublinhe-se que este algoritmo é muito potente, conseguindo reconstruir os traços gerais de um rosto a partir de um conjunto de dados muito reduzido, vindo de uma única fotografia.

Tutorial: Correção de Modelos do Sketchup para Impressão 3D

O Sketchup Make distingue-se pela facilidade de modelação 3D. Não está, tanto quanto sabemos, otimizado para impressão 3D. Durante o processo de modelação 3D neste programa é fácil deixar arestas soltas, sobrepor faces, mesclar objetos sem interseção, ter normais invertidas ou deixar elementos de geometria no interior dos modelos. Problemas que se não forem corrigidos, irão gerar erros na impressão 3D, com peças falhadas. Neste tutorial mostraremos algumas técnicas que, recorrendo ao Sketchup, Netfabb, Meshlab e Tinkercad permitem minorar ou eliminar erros de impressão. Não há, tanto quanto sabemos, um processo único que resolva problemas de impressão com modelos 3D gerados no Sketchup.  Normalmente teremos de combinar operações em vários programas para garantir que o modelo 3D cumpra os requisitos de estanquicidade, orientação de normais e arestas que garantem uma impressão 3D bem sucedida.

No final deste processo, podemos obter um modelo 3D pronto para impressão, sem erros. Estes procedimentos não são lineares. Para obter uma malha poligonal sem erros poderá bastar atenção ao processo de modelação 3D no Sketchup. Por vezes, bastam os algoritmos de reparação do Netfabb ou do Meshlab. Outras, tudo falha até se combinar com primitivos no Tinkercad. Utilizar o Sketchup para criar modelos para impressão 3D permite uma enorme liberdade na modelação, mas obriga ao experimentar de diversas soluções para garantir que o resultado final esteja conforme o desejado.

Dar Tempo, Explorar Vertentes

Um dia divertido, ontem, no Agrupamento de Escolas Cidade do Entroncamento. Depois de um workshop de introdução à impressão 3D, foi lançado o desafio de desenvolver momentos de formação sobre modelação 3D. 

Ontem foi o primeiro. Seis horas de formação, dedicadas à modelação 3D com o Tinkercad. 

Levámos alguma bibliografia adicional, cedida pelo Centro de Recursos Poeta José Fanha, e um modelo criado no Thingmaker para mostrar as possibilidades desta aplicação.

Tinkercad foi o ponto de partida do workshop, mas não o tema dominante. Tentámos, para além da modelação, mostrar todo o fluxo de trabalho da concepção à impressão. Começámos por rever o essencial do hardware, as operações de carregar/descarregar e executar uma impressão utilizando a impressora BEEINSCHOOL da escola. Em seguida, passámos a uma sequência de exercícios práticos concebidos para aprender a modelar no Tinkercad, e expandir essa aprendizagem. Iniciámos com o clássico exercício de modelação de um porta-chaves personalizado, exercício simples que permite passar por todas as ferramentas da aplicação e iniciar a modelação. Seguiu-se um exercício de validação e correcção de mesh no Netfabb, a partir dos modelos criados no primeiro exercício.

Após o almoço, a sequência envolveu mais três exercícios: pesquisar conteúdo no Thingiverse, corrigir no Netfabb e aplicar no Tinkercad; traçar um desenho no Inkscape, criando um caminho SVG para importar para o Tinkercad, e um exercício livre de modelação tendo como tema criar uma casa. Ainda houve tempo para experimentar a criação de modelos 3D a partir de mapas (fica prometido um tutorial para breve).

O objectivo desta sequência, num público de dezoito formandos vindos de diversas áreas disciplinares, é o de mostrar várias vertentes de trabalho em 3D. Se a modelação é o nosso foco principal, nem todos os docentes têm de ser proficientes no desenho 3D para tirar partido das impressoras. Podem desenvolver projetos mais simples, a partir de desenhos, ou descarregar conteúdo de repositórios online. O importante, do nosso ponto de vista, é fazer com que os formandos experimentem as várias vertentes, para que possam fazer escolhas informadas nas suas práticas.

O interessante na impressão 3D é que estamos sempre a aprender. Nunca tínhamos experimentado as funções de pausa e carregar/descarregar durante um processo de impressão do Beesoft. Neste workshop, pediram-nos para testar isso... e porque não? Também aprendemos que um bug na versão do Beesoft que temos instalada (já corrigido nas versões mais recentes) causa conflito com o modo de pausa. Está na hora de actualizar o nosso computador...

É gratificante ver grupos de formandos a não dar pelo tempo passar, entretidos a criar no computador. Um dos nossos princípios de formação é precisamente este: mais do que demonstrar ferramentas e falar dos seus potenciais educativos, é, de forma estruturada para suportar a curva de aprendizagem, dar tempo aos formandos de experimentar,criar, rabiscar. Sabemos que fora destes momentos específicos, os professores não se sentem com tempo para o necessário processo de auto-formação que o desenvolvimento de proficiência numa nova competência exige. 

Durante o workshop, iam-se imprimindo os objectos criados pelos formandos. Aqui, o sub-diretor do AECE imprime o seu porta-chaves, que já está a usar com as chaves da escola...

Em março haverá mais um momento de formação, dedicado ao Sketchup Make. Estes workshops estão inseridos na estratégia deste Agrupamento de Escolas, que está a criar a sua Sala de Aula do Futuro. Após o investimento nos equipamentos, estão na fase crucial de montar a sala, mas não estão a esquecer o mais essencial: estimular os seus docentes, desafiando-os a experimentar e descobrir novas tecnologias e metodologias de trabalho. Daí o elevado número de participantes nestes momentos de formação. É um bom caminho. Sem ideias nem projectos, não há tecnologias que aproximem a Educação dos desafios da contemporaneidade.

Tutorial: Validação e Correcção de STL com Netfabb

Este programa é uma ferramenta valiosa para garantir que a impressão 3D dos modelos corra sem problemas. Recomenda-se que antes de importar um ficheiro STL para o software de impressão 3D, este seja previamente verificado, validado e corrigido pelo Netfabb.

Com as operações de correção automatizada, podemos corrigir facilmente problemas que não detetámos e que provocariam impressões 3D falhadas, com os custos de tempo e material associados. Com os cortes, podemos visualizar o interior da peça. Se a peça ultrapassar o volume de impressão da impressora 3D, pode ser dividida em várias partes utilizando os cortes. Podemos alterar as medidas de uma peça com rigor.

A validação de um ficheiro STL pelo Netfabb garante que a impressão 3D da peça decorra sem problemas, ajudando a poupar tempo e filamento.

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!

Workshop Introdução à Impressão 3D - Lisboa

No próximo dia 26 de novembro, sábado, estaremos no Museu das Comunicações para partilhar conhecimentos sobre impressão 3D. Três horas é pouco tempo, mas dará para mostrar como se modela em 3D, como se prepara uma impressão com validação de STL para garantir que o resultado final corra pelo melhor, e como podemos usar esta tecnologia ao serviço das aprendizagens.

Para mais informações e inscrições, visitem a página da ANPRI - Ação de Curta Duração: Introdução à impressão 3D, Lisboa.

Dica F@b #03: Dizimar Malhas Poligonais

Socorro! Na imagem, o modelo 3D parecia perfeito. No computador, é muito pesado, e ao enviar para a impressora 3D o software demorou demasiado tempo para fazer o slicing, a impressão correu mal, ou crashou continuamente. O que é que se passa?

É um problema comum nos objectos 3D que encontramos online. Todos os modelos 3D são constituídos por uma superfície definida por triângulos, chamada malha poligonal (mesh, em inglês). Quanto maior o número de triângulos que define o objecto, melhor a sua perfeição. Ter modelos 3D com elevados números de polígonos é desejável, mas por vezes pode-se tornar problemático. Quanto maior for o número de triângulos, maior será o tamanho do ficheiro e as necessidades de memória RAM do computador para o processar (quer em rendering quer em slicing).

Existem técnicas que permite diminuir o número de polígonos de um modelo 3D, tornando-o mais leve e fácil de processar. Vamos mostrar uma, utilizando os recursos do Meshlab. Nesta dica F@b, utilizámos um modelo 3D de estatuária suméria digitalizado e disponibilizado pelo British Museum.

Primeiro, importamos o modelo 3D para o Meshlab com o comando Import Mesh do menu File. 

No painel do Meshlab podemos saber quantas faces tem a malha poligonal.

Se o modelo tiver textura associada, podemos visualizar a malha poligonal clicando em wireframe nas opções de visualização.

Para diminuir o número de polígonos do modelo, vamos aplicar o filtro Quadric Edge Collapse Decimation, disponível no submenu Remeshing, Simplification and Reconstruction do menu Filters (filtros). O Meshlab dispõe de uma enorme quantidade de recursos para processar modelos 3D.

O filtro define de forma automática a diminuição para metade do número de polígonos. Na opção Target Number Of Faces podemos definir para quantos polígonos queremos que a redução seja feita. A qualidade da malha poligonal pode ser controlada nas opções do filtro.

A diminiução da contagem de polígonos torna o modelo mais leve, mas retira-lhe realismo. Podemos ir executando gradualmente este processo, até atingir o resultado desejado.

Quanto menor o número de polígonos, mais facetado ficará o objecto.

Para finalizar esta dica F@b, reduzimos o número de polígonos do modelo para 25 000.

Exportamos o modelo com a opção Export Mesh As... do menu File. No formato, escolhemos ficheiro STL. Uma das melhores ferramentas do Meshlab é a facilidade com que converte entre formatos de ficheiros 3D.

Uma análise do STL no netfabb (procedimento que recomendamos para certificar que a impressão 3D vai ser bem sucedida) mostra que o modelo não tem problemas a corrigir.

Só falta imprimir, e levar para a sala de aula. Com esta técnica, podemos assegurar que a impressão de um modelo 3D pesado será bem sucedida.

Acreditar

Não é todos os dias que podemos escrever... eis os primeiros trabalhos concebidos e impressos de raiz por alunos de sétimo ano na sala de aula. Os primeiros de muitos, esperamos. Os sorrisos traem um misto de alegria com aquele ar nem acreditamos que estamos a segurar naquilo que construímos no computador!

Tangibilidade

Sexta feira iremos deixar um aluno muito surpreendido e, esperamos, uma turma ainda mais motivada. É o primeiro exemplo prático de utilização da beethefirst para materializar projectos criados por alunos neste semestre. Ainda não o é totalmente na sala de aula, porque houve operações de teste para verificar. Mas, com sorte, o próximo será.

Com este finalizado, percebemos alguns pormenores a afinar, especialmente no que toca à estrutura dos objectos. Entre remeshing e escalagem os pormenores mais pequenos perdem-se, e isso pode compremeter a integridade do modelo final.

Para criar este simpático robot o aluno de uma turma de sétimo ano modelou utilizando o Doga L3 por assemblagem de elementos. Pegámos no resultado final em VRML e depois começou o trabalho de bastidores. No Meshlab convertemos para collada. O ficheiro convertido foi importado para o Sketchup para se juntar a uma base. O resultado foi exportado como collada, aberto no Meshlab para converter para STL. Usando o Meshmixer transformou-se as várias peças num sólido oco. Como esta operação tem tendência a disparar a contagem de polígonos do modelo, usou-se o Meshlab para operações de remeshing, diminuindo os polígonos do modelo. Quando chegámos a uma contagem razoável, voltámos a exportar como STL que foi validado pelo Netfabb. O beesoft fez o resto.

Parece complicado, não parece? Falta-nos, de facto, um utilitário simples que transforme os modelos cheios de geometria interior criados pelos alunos num sólido. Modelar num programa mais avançado, como um ZBrush ou blender, poderia facilitar o processo (pelo que tenho lido, nem por isso). Mas a complexidade destes não torna viável a sua aplicação no nível de ensino onde nos situamos. Ficamos com estes processos que são mais simples do que parecem, dependem de muitos passos que não são iguais para todos os modelos. Apesar de toda a promessa, a impressão 3D é um processo estupendamente artesanal. Mas o que realmente vai saber bem vai ser ver o sorriso na cara do aluno quando pegar no objecto que modelou no computador.

É fácil ter ideias.

Hoje, com algum tempo para me dedicar a isto, optei por dois desafios. Primeiro, aumentar a escala das impressões. Até agora tenho feito uns modelos tímidos e pequenos. Pegando naqueles que sei que irão resultar, atrevi-me a ampliar escalas. Este rústico do modelo de foguetão é o somatório de um processo de modelação em Sketchup mais rigoroso que tenho de dominar para ensinar aos alunos, Durante o dia ocorreu-me como fazê-lo: partindo da bidimensionalidade dos traçados geométricos circunscritos em circunferências, ou talvez desafiando os professores que na escola usam geogebra a gravar alguns exercícios como imagem para trabalho posterior no Sketchup.

Ideias. Tê-las é fácil.

Não desesperei quando dei com esta impressão a falhar. Foi uma lição. Em peças com curvas complexas não é má ideia deixar o beesoft, o software de slicing e impressão da bee, fazer estruturas de apoio.

O objectivo deste copo era testar o Netfabb, programa de reparação e validação de meshes stl. A mesh em si era de raíz um ficheiro stl, gerado pelo SubDivFormer no meu tablet. A correcção automática do Netfabb validou o modelo.

Sim, testei-o com o líquido. Não, a taça não tinha consistência interna para manter o líquido no receptáculo. Sim, claro que não fiz esse teste ao pé da impressora.

No ano passado andámos a brincar com captura do real usando o 123DCatch. Fui buscar meshes geradas pelo serviço web da Autodesk para testar um outro fluxo de trabalho: limpeza e remeshing com o Meshlab, validação e correcção automática de erros com o Netfabb, que ainda permite cortar a peça ao longo dos eixos XYZ fechando o objecto. A ironia desta impressão é que é o resultado da digitalização em 3D de um objecto físico, a mascote do Centro de Recursos Poeta José Fanha. Do real para o digital, e de volta ao material.

Experiências que adensam o conhecimento sobre a impressora 3D, mas não resolvem directamente o meu problema principal. O objectivo deste projecto é permitir que os alunos imprimam os objectos que conceberem. Para isso preciso de uma aplicação que gere ficheiros STL a partir dos objectos por eles criados. A conversão simples não chega. Programas como o DogaL3, super fácil para criar objectos 3D, geram meshes cuja geometria interior já percebi que não permite impressão correcta. No Sketchup tem de se ser muito rigoroso para que as superfícies gerem objectos sólidos. algo que requer experiência que está mais além do que eles conseguem obter em três ou quatro aulas. Essencialmente, preciso de algo que pegue num modelo exportado em VRML ou Collada, elimine as geometrias conflituosas no interior e gere um modelo apenas com a geometria exterior.

Estarei a pedir demais?

O que sei é que estou a ir além dos limites do que fui aprendendo sobre 3D nestes anos de autodidacta. E a esforçar os neurónios à procura de estratégias sobre como colocar os alunos a modelar em 3D para impressão de forma eficiente. Suspeito que nestes primeiros tempos a resposta esteja na extrusão de linhas de desenhos 2D. Hey, é um começo.

Eu sei, parece um desastre horrível de impressão. Na verdade correu como esperava, dada a escala diminuta de um objecto muito complexo. Foi a última do dia, feita a partir de um dos mais icónicos trabalhos dos alunos que já passaram pelas TIC em 3D. A experiência aqui era a de exportar um objecto concebido por utilizadores com pouca experiência de modelação (mas, neste caso, muita garra e criatividade e recorrer ao Netfabb para minorar ao máximo os erros de impressão. Não me pareceu ter corrido mal, mesmo com o Netfabb a avisar que a mesh esta incorrecta. Escala diminuta, recordem. E o principal da forma está lá. Tenho de arriscar uma impressão maior, depois de rever novamente o modelo Sktechup e afinar a mesh com as poderosas opções do Meshlab.

É irónico. O que eu achava que seria muito difícil neste processo, a impressão 3D em si, está a revelar-se o mais simples. Sem dúvida graças ao trabalho colocado pelos criadores da bee na simplificação do processo. E o que seria simples, a criação de modelos 3D para imprimir usando programas e processos já afinados ao longo dos anos em que a modelação 3D se introduziu na sala de aula, está a rever-se o mais complicado. Enfim, há muito que aprender sobre isto. Para se ensinar é preciso aprender.