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A adoção constante e progressiva de ferramentas computacionais na produção arquitetônica tornou possível, tanto aos processos de projeto quanto aos construtivos, lidar com grande quantidade de informação e precisão. Este encadeamento alterou a lógica ortogonal e repetitiva tradicionalmente utilizada, rompendo a conexão, até então inevitável, entre projeto e planos ortogonais, e liberando a produção arquitetônica para lidar com formas complexas, irregulares e grande variabilidade formal (KOLAREVIC, 2003). Essa transformação trouxe, entretanto, um custo intrínseco: os processos de projeto se distanciaram da atuação direta e intuitiva sobre o artefato, abandonando as relações materiais e gestuais, para se organizar em procedimentos excessivamente objetificados (CABRAL FILHO, 2013). Na transição dos processos tradicionais, como croqui e maquetes, para as ferramentas digitais, as interfaces intuitivas e diretas, que permitiam a representação de informações abstratas e subjetivas, em diversos níveis de precisão, foram se tornando cada vez mais objetivas e precisas, rompendo a relação gestual e tátil inerente ao modo natural de interação entre o usuário e objeto (GÖTTIG et al.,
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Interação Físico-Digital no Projeto de Arquitetura:
materialidade, virtualidade e concepção.
Tales Lobosco
Doutor em Arquitetura e Urbanismo; Professor na Universidade
Federal de Minas Gerais.
lobosco@ufmg.br
Danilo Celso
Graduando em Arquitetura e Urbanismo; Universidade Federal de
Minas Gerais.
danilo-celso@outlook.com
Gustavo Jun Moritani
Graduando em Arquitetura e Urbanismo; Universidade Federal de
Minas Gerais.
gustavojunmoritani@gmail.com
Eixo: O projeto na Produção da Cidade Contemporânea
Introdução
A adoção constante e progressiva de ferramentas computacionais na produção arquitetônica tornou
possível, tanto aos processos de projeto quanto aos construtivos, lidar com grande quantidade de
informação e precisão. Este encadeamento alterou a lógica ortogonal e repetitiva tradicionalmente
utilizada, rompendo a conexão, até então inevitável, entre projeto e planos ortogonais, e liberando a
produção arquitetônica para lidar com formas complexas, irregulares e grande variabilidade formal
(KOLAREVIC, 2003). Essa transformação trouxe, entretanto, um custo intrínseco: os processos de
projeto se distanciaram da atuação direta e intuitiva sobre o artefato, abandonando as relações
materiais e gestuais, para se organizar em procedimentos excessivamente objetificados (CABRAL
FILHO, 2013).
Na transição dos processos tradicionais, como croqui e maquetes, para as ferramentas digitais, as
interfaces intuitivas e diretas, que permitiam a representação de informações abstratas e subjetivas,
em diversos níveis de precisão, foram se tornando cada vez mais objetivas e precisas, rompendo a
relação gestual e tátil inerente ao modo natural de interação entre o usuário e objeto (GÖTTIG et al.,
2004). Essa condição cria uma interação passiva e excessivamente mediada entre o arquiteto e seu
objeto, gerando um distanciamento entre a relação cognitiva e a forma em gestação.
Diante desta situação, diversos autores assinalam a importância da expressão e exploração tátil no
gesto de concepção, afirmando como o pensamento sensorial e corporificado precisa que as
ferramentas de trabalho se comportem como extensões do corpo (PALLASMAA, 2013; SENNET, 2004;
CAMPO BAEZA, 2009), simulando a operação natural das mãos, nos croquis e maquetes processuais,
nos movimentos iniciais de um projeto (GÖTTIG et al., 2004).
Por outro lado, a modernidade e a evolução tecnológica nos permitem imaginar e propor novos
métodos para tornar a experiência humana mais próxima do objeto e ampliar a gama de
possibilidades oferecidas pela programação em conjunto às nossas próprias mãos (FLUSSER, 2007).
Neste sentido vemos o surgimento de diversas ferramentas projetuais imersivas, como as
plataformas em realidade virtual, que buscam fechar este ciclo, fazendo o resgate das relações táteis
e gestuais no processo de projeto digital, reaproximando o arquiteto de seu objeto e buscando a
produção de interfaces mais intuitivas e simples (LOBOSCO, 2018).
Apesar da grande evolução neste sentido, muita coisa ainda falta para uma verdadeira integração
entre processos físicos e digitais nas ferramentas de concepção arquitetônica, principalmente em
relação à materialidade e relação tátil, que ainda se mostram muito deficientes nessas plataformas.
Deste modo, o objetivo deste trabalho é estudar e desenvolver os mecanismos possíveis para uma
efetiva integração entre essas plataformas, de forma que elas possam trabalhar de maneira paralela
e complementar durante o processo de concepção arquitetônica. Assim, uma exploração mais
integrada, entre procedimentos tradicionais e novas tecnologias, pode significar a recuperação da
materialidade e gestualidade no processo de projeto.
Objetivos
O objetivo do trabalho é desenvolver mecanismos que permitam a exploração das qualidades
inerentes aos procedimentos tradicionais, gestuais e materiais de projeto, mas de maneira integrada
às novas tecnologias e aos processos digitais de projeto. Para isso, buscaremos a construção de
mecanismos que permitam a transposição simples e rápida entre as plataformas, seja pela
digitalização de modelos e estudos produzidos manual ou fisicamente, ou, no sentido inverso, na
materialização de modelos digitais ou virtuais.
A proposta se baseia na possibilidade de tirar partido das qualidades específicas de cada suporte,
que possam ir além da simulação de uma dentro do ambiente da outra, situação que identificamos
ser possível e bastante promissora, mas que ainda apresenta grandes limitações específicas
(LOBOSCO, 2018).
Métodos e procedimentos
Assim, os procedimentos do trabalho se voltam para a integração ativa entre as plataformas manual
e digital, através da facilitação da transposição rápida entre elas, de modo a não romper o processo
criativo e de desenvolvimento formal/conceitual.
Com a integração ativa, buscamos proporcionar uma alternância sucessiva entre os meios digital e
material, produzindo um processo ativo capaz de se beneficiar das características intrínsecas de cada
plataforma, ou seja, permitindo ao projeto evoluir de maneira paralela e alternada entre os distintos
meios.
Processo Digital-Material
Apesar de existirem diversos sistemas de prototipagem digital bastante eficientes e confiáveis, eles
são em geral demorados e um tanto complexos, além de custosos. O que buscávamos era a
possibilidades de materialização de um modelo digital de maneira simples, rápida e de baixo custo,
que pudesse ser repetida quantas vezes fosse necessário, e ainda permitisse ser retrabalhado
manualmente, de maneira a não quebrar o fluxo cognitivo de produção dos objetos arquitetônicos
desenvolvidos.
Deste modo, optamos pela construção de modelos em papel Kraft 300g/m2, que possuem boa
resistência e grande maleabilidade e facilidade de corte. Assim, além de baratos, podem ser
construídos rapidamente, e permitem ajustes e alterações de maneira bem simples, conforme o
projeto é transformado.
Para este trabalho selecionamos quatro tipos de volumes distintos, de modo a abranger as diferentes
características existentes nos modelos dos objetos arquitetônicos desenvolvidos (Figura 01), a
intenção é de isolar as características específicas para buscar os caminhos preferenciais na
modelagem de cada tipo de objeto.
Figura 01: Tipos de modelos utilizados para os testes de prototipagem. Fonte: Autores
Assim, teremos modelos compostos por volumes ortogonais, com faces lisas e perpendiculares entre
si; modelos compostos por volumes irregulares ou orgânicos
1
, compostos por faces com curvaturas
complexas; modelos com volumes curvos regulares, com curvaturas em apenas um sentido; e
modelos com volumes facetados, ou seja, com geometria não ortogonal, mas composto por faces
retas.
Para construção dos modelos utilizamos os softwares Slicer for Fusion e Pepakura Designer, devido a
facilidade de uso e bons resultados obtidos por ambos nos testes preliminares. O Slicer permite
desenvolver maquetes rápidas através de diversos padrões de composição dos modelos, e o
Pepakura, embora seja compatível com o envelopamento produziu pranchas mais limpas,
permitindo remover os conectores e facilitando os cortes.
Como padrões de prototipagem utilizamos: o envelopamento - Folded Panels, que é construído
através do desdobramento, ou seja, a abertura das faces do modelo em um plano, resultando em
painéis que devem ser cortados e dobrados para gerar as diversas partes do modelo; o fatiamento -
Stacked Slices, que é feito através do corte do modelo em fatias sequencias, de espessura controlada
e uniforme, que, ao serem empilhadas reconstroem o modelo original; e o estruturado por encaixes -
1
Para possibilitar a construção dos modelos simples em papel reduzimos as curvaturas originais da superfície a um conjunto de
faces retas, recompondo a curvatura original.
Interlocked Slices, gerado através da estruturação de fatias espaçadas oriundas de cortes em diversos
planos, que são intertravadas através de encaixes (Figura 02).
Figura 02: Tipos de prototipagem utilizadas para os testes: envelopamento, fatiamento e estruturado por encaixes. Fonte:
Autores
Os softwares transformaram os volumes utilizados em uma sequência de formas planas, que foram
impressas em papel para ser utilizado como molde para o corte das peças nos papéis (kraft, papelão
corrugado ou foam), utilizados para a montagem final dos modelos (Figura 03).
De acordo com a quantidade e tamanhos das peças ou a disposição da planificação, os próprios
softwares segmentaram e otimizaram as pranchas no formato do papel utilizado.
Figura 03: Tipos pranchas de corte geradas para cada tipo de prototipagem: envelopamento, fatiamento e estruturado por
encaixes. Fonte: Autores
Resultados Prototipagem
Após geradas as plantas de corte, experimentamos a construção dos modelos a partir dos diversos
padrões de montagem (Figura 04) para averiguar as características de montagem, visualização e
retrabalho de cada padrão e também se existiria alguma relação da maior compatibilidade entre
padrão formal e tipo de montagem.
Figura 04: Exemplos dos padrões de montagens dos diferentes modelos. Fonte: Autores
Envelopamento: O modelo por envelopamento ou desdobramento das faces se mostrou bastante
simples para os objetos ortogonais e mesmo curvos, mas a montagem se complexificou bastante em
objetos orgânicos, irregulares ou facetados, produzindo um número muito grande de faces, com
relações de corte e dobra entre elas bastante complexo, e, em algumas situações, o modelo precisou
der segmentado pois os padrões de dobra não permitiam uma planificação única. Este protótipo
apresentou uma percepção excelente das formas construídas, sem vazios ou escalonamentos das
faces e permitiu um retrabalho bastante intuitivo e simples através de cortes diretamente nas faces
ou inserção de trechos tanto envelopados quanto construídos através de outros métodos de
prototipagem.
Fatiamento: Modelo simples, de montagem rápida, porém necessitaria um número muito grande de
fatias empilhadas (aproximadamente 80), se fosse utilizado um papel de pouca espessura como o
Kraft 300g/m2. Alternativamente executamos a montagem com papéis mais espessos como o papel
papelão corrugado, o que aumentou um pouco a dificuldade de corte, ou o papel pluma (foam), que
gerou um modelo final mais custoso. De modo geral, esta construção apresentou uma capacidade
bastante intuitiva de retrabalho, permitindo cortes diretamente nas fatias ou inserção de trechos
tanto fatiados quanto construídos através de outros métodos de prototipagem.
Estruturado por encaixes: Esta construção se mostrou um modelo de rápida execução, com poucos
cortes e montagem simples, entretanto apresentou uma percepção pouco nítida da forma final
gerada, o que dificulta bastante a avaliação e o desenvolvimento do processo de concepção.
Também apresentou uma capacidade reduzida de retrabalho do modelo, devido tanto à percepção
difusa da forma, quando pela complexidade de interpretação nos planos utilizados da forma
desejada.
De modo geral os modelos apresentaram uma suficiente simplicidade construtiva e bons resultados
de visualização, entretanto, o processo manual de recorte, marcação e colagem ainda consumia
muito tempo, assim experimentamos novamente o processo, mas desta vez utilizando o suporte de
um plotter de recorte Cricut Maker, para automatizar os cortes, vincos e marcações das peças
(Figuras 05 e 06).
Figura 05: Corte e montagem do modelo por envelopamento. Fonte: Autores
O plotter não acrescentou grande complexidade ao processo sendo de operação bastante simples,
utilizando pranchas geradas nos mesmos softwares, mas desta vez foi necessário importar para a
interface específica do plotter. Esta transposição e os ajustes de padrões de corte e montagem das
pranchas exigiu um período de aprendizado e familiarização com o comportamento geral da
máquina diante das variáveis existentes, as vezes necessitando alterar o tipo de imagem gerada pelo
Slicer ou Pepakura para que fossem melhor interpretadas pela máquina. De modo geral tivemos que
realizar cerca de 4 testes diferentes, para ajustarmos os procedimentos e começarmos a obter
resultados satisfatórios. Assim, após este período de adaptação percebemos que o plotter
proporcionou a agilidade que julgamos ser necessária para mantermos o fluxo do processo de
criação além de apresentar uma melhor qualidade construtiva nos modelos gerados.
Figura 06: Modelo digital original e reconstrução por envelopamento após corte no plotter. Fonte: Autores
Processo Material-Digital
Como buscávamos um procedimento simples, rápido e de baixo custo, a primeira proposta para a
digitalização dos modelos construídos materialmente foi para utilizarmos a fotogrametria, processo
que consiste na extração de informações tridimensionais a partir de um conjunto de imagens
bidimensionais de um objeto real, ou seja, poderia ser realizado com uma câmera fotográfica
simples.
Na literatura o processo da fotogrametria é conhecido como Structure from Motion (SfM), e, embora
o conceito básico tenha surgido na cada de 60, o processo era realizado de forma analógica, com
os pontos semelhantes sendo comparados manualmente, logo exigia uma quantidade enorme de
tempo e equipamentos específicos. Assim, apenas recentemente com a evolução da capacidade de
processamento e a qualidade dos algoritmos dos softwares gráficos é que a técnica se popularizou,
sendo atualmente possível a criação de modelos de forma rápida e com custos bastante reduzidos
(MAGALHÃES; CARVALHO, 2017). Os algoritmos dos softwares atuais realizam a identificação e o
emparelhamento automático de pixels correspondentes obtidos através das diversas imagens planas
do objeto: a reconstrução 3D se dará com a definição de correspondência entre pontos,
triangulação e ajustes entre os mapas de profundidade gerados” (VIEIRA et al., 2016).
Dada a complexidade da atuação dos softwares neste processo, decidimos testar o procedimento
com três softwares distintos visto que o desempenho destes representa um elemento crucial no
resultado obtido além de existirem distintos padrões específicos no processo de fotogrametria, seja
pela escala, disposição ou detalhamento do modelo e suas texturas, ou seja, não informações
precisas sobre o foco específico de cada um deles.
Deste modo, trabalhamos neste artigo com os softwares: Autodesk Recap, RealityCapture e 3DF
Zephyr, sempre nas versões Demo ou gratuitas disponíveis para download e foram feitos
aproximadamente quinze ensaios fotográficos, com cada software, do objeto. Para os ensaios
utilizamos o mesmo objeto, entretanto, conforme os resultados e experimentos foram indicando,
aplicamos diferentes texturas e marcadores específicos sobre o modelo, no intuito de facilitar a
leitura do modelo pelos softwares utilizados.
Resultados Digitalização
A digitalização realizada com o 3DZephyr apresentou resultados bastante limitados com o tipo de
modelo estudado. Entretanto, é importante assinalar que a versão de testes utilizada possuía uma
limitação de cinquenta fotos por modelo, o que pode ter restringido a produção de bons resultados.
Figura 07: Processo de digitalização através do Software 3DF Zephyr. Fonte: Autores
O limite de cinquenta fotos teria sido agravado pelas características do objeto, que, embora de
pequena complexidade, apresentava superfícies lisas, brancas e brilhosas, o que se mostrou nos
experimentos realizados uma situação de difícil gerenciamento pelos softwares, que exigiu a
aplicação de diversos fundos, marcadores e texturas para minimizar seu efeito, e, por fim
terminamos por encapar o modelo com papel kraft para termos uma superfície fosca e homogênea.
Ainda assim, os modelos gerados, apresentaram problemas no processamento das imagens, e os
resultados finais apresentados não foram considerados satisfatórios (Figura 07).
Figura 08: Processo de digitalização através do Software RealityCapture. Fonte: Autores
Os resultados obtidos no RealityCapture pareceram inicialmente mais promissores, mas, ainda assim,
os modelos apresentaram frequentes falhas nas texturas das faces e, muitas vezes, o software não
conseguia produzir todas as vistas do objeto, e o resultado final apresentava algumas faces bastante
deficientes apesar de oferecer um resultado positivo nas outras. Assim, embora os melhores
resultados obtidos estivessem bastante próximos do que necessitávamos, ainda possuíam sempre
algumas falhas visíveis, restringindo o seu uso (Figura 08).
Figura 09: Processo de digitalização através do Software Autodesk ReCap Photo. Fonte: Autores
A digitalização do modelo através do Autodesk Recap (Figura 09), apesar de apresentar resultados
muito mais promissores, foi o único software utilizado que não utilizou processamento local, ou seja,
ainda que seja necessário ter o software instalado na máquina, as imagens precisavam ser enviadas
para um servidor central e processadas lá, para depois baixarmos o modelo finalizado. Esta situação
aumentou em muito o tempo de produção do modelo, pois tínhamos o tempo de transmissão via
web, o tempo de processamento e o tempo de download, mas o modelo ainda precisou aguardar
uma fila de processamento no servidor.
Com as imagens que tínhamos, de 4320x2880 pixels, realizamos experimentos com cerca de 70
imagens cada e levávamos entre 20 e 25 minutos para upload, 30 minutos aguardando a fila e o
processamento e cerca de 5 minutos para download e processamento posterior do modelo.
Esses valores nos levaram a fazer alguns experimentos com imagens menores, buscando reduzir o
tempo de espera. Assim refizemos os experimentos com imagens de 2000x1125 pixels e realmente a
espera foi bastante reduzida, apresentando valores entre 4 e 6 minutos para upload, 10 minutos
para fila e processamento e cerca de 5 minutos para download e processamento posterior do
modelo. Entretanto os resultados obtidos foram significativamente inferiores (Figura 10).
Figura 10: Variação da qualidade dos modelos de fotogrametria, de acordo com o tamanho dos arquivos.
Fonte: Autores
Evidentemente o registro dos tempos gastos em cada etapa pode ser largamente influenciado por
diversos fatores, como o tamanho, quantidade e tipo de imagens, a qualidade da conexão de
internet, complexidade do modelo, tráfico de arquivos no servidor, entre outros. Mas o trabalho não
buscava uma comparação específica e padronizada neste sentido, mas apenas levantar as dificuldade
e qualidades de cada método, e o fatores que possam influenciar os resultados e o processo.
Portanto, para minimizarmos os efeitos de eventuais desvios, repetimos cada operação três vezes,
em diferentes computadores, horários e conexões de rede e assumimos os tempos obtidos como
valores referenciais, sendo os resultados apresentados representam o intervalo entre o melhor e pior
valor obtido.
Escaneamento 3D
Apesar dos modelos produzidos pela fotogrametria apresentarem resultados bastante positivos, o
tempo exigido para a produção dos modelos se mostrou inviável para garantir a fluidez do processo
de projeto durante a transição entre as plataformas material e digital. Assim, como alternativa,
experimentamos o escaneamento através do Scanner Sense 3D, visando um processo mais ágil para
a produção do modelo, que seja capaz de manter os resultados satisfatórios obtidos.
A correta utilização do Scanner e de todo o sistema de escaneamento exigiu um tempo de
aprendizado até a obtenção dos primeiros resultados positivos. Assim como na fotogrametria as
superfícies lisas e brilhantes, principalmente nas faces planas e retas trouxeram bastante dificuldade
ao processo, fazendo com que o scanner frequentemente perdesse o trackeamento da peça.
Novamente experimentamos o uso de marcadores, texturas e fundos graduados, que se mostraram
bastante eficientes, resolvendo satisfatoriamente a questão e os resultados se mostraram, em
seguida, bastante promissores (Figura 11).
Figura 11: Modelo gerado por escaneamento 3D. Fonte: Autores
Apesar de percebermos que o processo de elaboração do modelo digital pode ser amplamente
influenciado pela complexidade do modelo, e pelas características de acabamento e superfícies do
volume escaneado, de modo geral, os tempos gastos nos experimentos, para a produção do modelo
digital, foram significativamente reduzidos, sendo possível proceder a digitalização completa em
cerca de 5 minutos, desde o escaneamento até o processamento posterior do arquivo. Entretanto
salientamos as dificuldades de uso de um scanner de baixo custo, que exige repetir a operação
algumas vezes devido a erros frequentes e à reduzida qualidade final do modelo gerado.
Considerações finais
A proposta deste artigo era de experimentar e buscar procedimentos que fossem capazes de
resgatar a atuação direta e intuitiva sobre o artefato projetado, e a exploração tátil no gesto de
concepção em arquitetura, relações que se romperam na transposição das plataformas de projeto
para os meios digitais.
A partir de Lobosco (2018), identificamos que as plataformas em realidade virtual, apresentam um
resultado bastante promissor no sentido de recuperar as relações gestuais e intuitivas no processo
de projeto digital, mas, se por um lado foram capazes de reaproximar o arquiteto de seu objeto, não
obtiveram o mesmo resultado com a recuperação das características de materialidade e relações
táteis entre arquiteto e objeto.
A proposta deste trabalho era de buscar procedimentos que fossem capazes de resgatar as relações
materiais e táteis do processo de projeto, através da transposição das barreiras entre as plataformas.
Assim, experimentamos os processos de transposição entre as plataformas, que pudessem ser
desenvolvidos de maneira rápida, barata e simples, permitindo manter o fluxo do processo de
projeto enquanto se alterna entre as plataformas, de modo a que seja possível extrair o melhor de
cada plataforma, em um processo de projeto desenvolvido de maneira paralela e alternada.
Os resultados apresentados neste artigo demonstram que foi possível desenvolver maneiras de
realizar esta integração entre as plataformas de maneira dinâmica e fluida, permitindo formas de
recuperação da materialidade e gestualidade no processo de projeto.
Entretanto, entendemos ser necessário estudos posteriores, buscando avaliar os resultados e
possibilidades desta integração entre as plataformas, suas contribuições e limites de atuação no
processo efetivo de projeto.
Referências
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