CENTRO UNIVERSITRIO ESTADUAL DA ZONA OESTE Desenho e Tcnicas de CAD Professora: Marcela Rubert

INTRODUO MODELAGEM VIRTUAL 3D 1 - Histrico E Conceitos Gerais.

Os conceitos da modelagem virtual em trs dimenses vieram atender ao aumento,

nas ltimas dcadas, das necessidades dos processos de projeto, que se sofisticaram dian- te da complexidade das formas dos novos objetos, dos novos materiais e processos de fa- bricao, da ergonomia, da aerodinmica, da esttica, etc.

Aps a segunda fase da revoluo industrial (sculo XIX), a exploso do consumo de

bens gerou uma competio desenfreada na qual o sucesso de um produto industrial est diretamente ligado sua performance, ao seu desempenho, conforto de utilizao e a outros fatores (status, modismo, etc.).

A dificuldade em lidar com a exata representao das formas tridimensionais (e,

lembrem-se que tudo no universo tridimensional), muito antiga. No passado, face aos rudimentares meios de fabricao e ao ferramental muito limitado, formas complexas como as das cadeiras, dependiam mais da habilidade pessoal do arteso. Assim, at recentemen- te, s havia uma forma de lidar diretamente com o objeto tridimensional: construir um prot- tipo fsico ou maquete em escala do objeto, atravs de moldes ou de tentativa e erro.

Entretanto, mesmo na antiguidade, em alguns casos j se recorria aos rudimentos de

traados 2D (desenhos) para a construo de formas complexas a partir de formas simples. Esta aplicao prtica dos traados 2D deu-se graas ao desenvolvimento da geometriza- o e da matematizao do espao, que nos gerou disciplinas essenciais como a Perspecti- va, a Geometria Descritiva e o Desenho Tcnico.

Exemplos disso so os trabalhos de estereotomia (corte) da pedra e da construo

naval, que exigia conhecimentos bastante sofisticados de geometria descritiva e de dese- nho.

Para a construo de um arco

estrutural em pedra... cada uma delas tinha que ser cor-

tada com muita preciso... para que a montagem final no

lugar ocorresse sem problemas.

No final da idade mdia e no inicio do renascimento, o prestigio do arteso-artista era enorme, pois este conseguia lidar facilmente com a fabricao de formas complexas graas ao conhecimento anterior acumulado. A partir da, estreitou-se o relacionamento entre arte e artesanato e as corporaes de ofcios. Produtos como cadeiras, talheres, embarcaes e alguns tipos de construo, devido sua complexidade formal e construtiva, exigiam a parti- cipao do mestre arteso que dominava empiricamente o manuseio das formas. Somente com a difuso do ensino tcnico (por volta do sculo XVI), que surgiram as primeiras esco- las onde se ensinava desenho, traado geomtrico e geometria descritiva para estudantes interessados em trabalhar nas corporaes de ofcios.

Mesmo assim, at o incio da era industrial, os processos de fabricao ainda eram

muito rudimentares. Ferramentas toscas, imprecisas e um conjunto de materiais muito limi- tado, foravam os produtos industriais a assumirem formas simples, sem maiores preocupa- es com a ergonomia e a aerodinmica, por exemplo. S para destacar a grande limitao de opes, lembrem-se que a eletricidade s se tornou realidade em larga escala ao final do sculo XIX e, os plsticos s se tornaram de uso industrial aps 1930. At o final do sculo XIX quase tudo era construdo de madeira, pedra, tecido, vidro ou metal, materiais que, evi- dentemente tem enormes limitaes de forma no processo de fabricao.

Batedeira de 1918 - toda em metal com o uso primitivo de eletricidade: formas simples.

Batedeira de 1948 - formas complexas, atenden- do ergonomia, esttica e funcionalidade,

atravs do uso dos plsticos industriais.

Rdio de galena de 1920 - uso primitivo da ele- trnica, com componentes em metal, tecido e

madeira Rdio a vlvulas de 1928 - uso da eletricidade e

eletrnica, j com componentes em madeira, tecido, metal, vidros e materiais isolantes

Rdio vlvula de 1933 - uso da eletricidade e eletrnica, com componentes em metal, vidros,

baquelite e materiais isolantes Rdio a pilhas de 1950 - uso da eletricidade e

eletrnica, com componentes em metal, cermi- cos, vidros, plsticos e materiais isolantes

Indo alm das necessidades da ergonomia e da esttica, os problemas da aerodin-

mica, embora bem antigos, comearam a ser enfrentados pelos automveis e avies. Mas, no incio do sculo XX, as limitaes dos processos de fabricao obrigavam os automveis, por exemplo, a assumirem formas geometricamente muito simples.

Ford T, de 1908 Dimaxion Airflow, de 1933

Assim, a complexidade formal, quer por razes de mercado, estticas, funcionais ou

ergonmicas, trouxe a necessidade de novas tecnologias de desenho e representao grfi- ca mais eficazes, rpidas e simples. Objetos de geometria varivel (como carrocerias de automveis, cascos de navios, asas dos avies, etc.), necessitavam de uma infinidade de pessoas para a produo de inmeros de desenhos, cuja elaborao trabalhosa dependia de slidos conhecimentos de Geometria Descritiva, Perspectiva e Desenho Tcnico.

Projeto de casco de embarcao de 1564, com o recurso de sees transversais traadas sobre a

seo longitudinal. Uma forma criativa de resol- ver a complexa geometria do casco.

A complexidade da forma para atender s neces- sidades aerodinmicas, cria geometria complexa e

varivel, extremamente difcil de ser resolvida com os recursos do desenho tradicional.

Uma anlise da evoluo das formas automobilsticas pode ser vista a seguir. Ob-

serve atentamente o paralelo que existe entre a forma (que vai se complicando na medida em que novos materiais que vo sendo introduzidos) e os processos de fabricao (que vo se aperfeioando):

Cadillac 1930 Chevrolet 1937

Cadillac 1942 Cadillac 1954

Cadillac 1960 Corvette 1965

Ferrari 2004

Como modelar e construir formas to complexas como estas lanternas traseiras? os desenhos tcnicos de uma pea destas, por melhor que sejam feitos, s servem para dimensionar os contornos da forma e

no resolvem simplesmente os problemas de relevo da pea.

Tudo isto ocorria porque a melhor forma de transmisso visual das idias a propor- cionada pela imagem. A imagem do objeto, a partir da criao que existe na mente, precisa ser difundida e distribuda aos demais interessados e, para isto, precisamos de um suporte fsico (que, historicamente sempre foi o papel ou a tela do pintor) para construir e transportar este desenho. Estes suportes so superfcies bidimensionais e, o desenho a sombra ou projeo da forma sobre esta superfcie bidimensional.

Os processos matemticos da geometria aplicados ao rebatimento de pontos sobre

planos nos permitem desenhar estas imagens com preciso. Entretanto, apesar das tcni- cas cientificas para a sua produo, sua construo torna-se muito trabalhosa e, por melhor que tenham sido elaboradas, no passam de projees planificadas do objeto tridimensional verdadeiro. Geralmente nos desenhos (principalmente os tcnicos) faltam luzes, sombras, expresso, texturas adequadas, etc. Isto sem falar na agravante da estaticidade da imagem. Uma vez produzido, um desenho uma representao esttica do objeto em determinado momento e no revela as suas possibilidades de movimento.

Com o advento da fotografia no sculo XIX, muitos imaginaram que ela faria com que

o desenho e a pintura perdessem importncia, mas isto no aconteceu. A fotografia tambm gera uma imagem esttica e, apesar de oferecer melhor expresso do que o desenho (pois captura a iluminao, as deformaes da perspectiva e as sombras), s pode ser tirada do que j existe e isso torna o seu uso limitado, no atendendo s primeiras etapas do proces- so de projetar, quando o objeto abstrato e ainda no existe fisicamente.

2 - Construindo imagens / diferenciao entre desenho e modelo:

Se no um cachimbo, ento o que ? - parece perguntar a obra de Magritte. Uma aparncia enganosa, j que sua obra no contm objetos, mas somente representa- es pictricas de objetos. "Isto no um cachimbo" ("Ceci n'est pas une pipe"), pro- voca a frase pintada por ele debaixo de um cachimbo, que no era mesmo um ca- chimbo mas somente a pintura de um ca- chimbo. E feita esta distino, vemo-nos s voltas no mais com um cachimbo (que nem era mesmo um cachimbo, mas so- mente a pintura de um cachimbo), mas

com vrios cachimbos: O cachimbo que no estava l (mas que pensvamos que estivesse antes de vermos a frase), a imagem pintada do cachimbo (consciente depois do raciocnio provocado pela frase), a idia do cachimbo (acesa em nossa mente graas provocao do artista), e a saudade do cachimbo (com tantos cachimbos falsos, afinal no tnhamos um verdadeiro).

construo de uma imagem em perspectiva cnica do paraleleppedo

construo de uma imagem em vistas ortogonais do paraleleppedo

A partir dos anos 40, face ao rpido desenvol- vimento das indstrias de bens de consumo,

automobilstica e aeronutica, o processo tradicional de desenvolvimento dos projetos

comeou a se mostrar muito lento.

Simples operaes como ampliao de um desenho, cpias, correes, cotagem, etc. levavam dias para serem executadas, pois eram feitas por processos pticos ou manu-

ais.

Imagem virtual obtida da modelagem 3D do paraleleppedo

Com o advento da Computao Grfica (iniciada no final dos anos 60 e popularizada

ao final da dcada de 80) as grandes indstrias passaram a contar com uma ferramenta computacional muitssimo superior em preciso e agilidade que o desenho tradicional, para o desenvolvimento dos projetos e fabricao. muito importante observar, na implantao do uso da CG, que existem 3 fases bem distintas:

Na sua primeira fase, a CG veio simplificar muito as rotinas mecnicas do desenho

e da expresso grfica. Tarefas como ampliar, copiar, cotar e alterar desenhos, etc. passa- ram a ser feitas com maior facilidade, preciso e rapidez. Entretanto, nesta forma de uso persiste a necessidade de elaborar os desenhos do objeto pelos processos normais do De- senho Tcnico, da Perspectiva, etc., e, com isso, simplesmente o mouse substitui o lpis e a tela substitui o papel.

A segunda fase (mais atual) caracterizada pela modelagem tridimensional voltada

para a visualizao da forma. Na modelagem virtual em 3D no indispensvel construir de- senhos (representaes do objeto), mas sim o prprio objeto com todas as suas caracters- ticas geomtricas e medidas verdadeiras, e dele extrair diretamente as vistas em perspecti- va ou as vistas ortogrficas do Desenho Tcnico.

Mas a principal vantagem da CG (que s agora comea a ser compreendida) est na sua terceira fase, que corresponde construo do objeto virtual e nele, alm de extrair imagens e desenhos, agregar informaes construtivas como o peso, a especificao, o consumo, os custos e o tempo de execuo, dados valiosssimos para as decises projetu- ais. Este o uso mais interessante para quem trabalha com projetos.

Estgios de implantao da Computao Grfica

Com a evoluo das capacidades de processamento da computao e o apareci- mento de softwares cada vez mais complexos, deu-se finalmente o acesso total ao mundo da virtualidade. Este mundo nos permite simular sob diversos aspectos (no apenas visuais) as caractersticas estruturais, comportamentais e descritivas dos objetos tridimensionais nele construdos.

Assim, torna-se possvel criar um elemento visual que represente, por exemplo, um

tampo de mesa, mas, indo alm do objetivo primrio de comunicar a forma, esttica e di- menses, usar a computao para agregar a este elemento geomtrico, outras informaes no grficas. Estas informaes podem ser at mesmo de carter administrativo ou burocr- tico, mas so de enorme importncia no processo do projeto, como por exemplo, a especifi- cao (dimetro, comprimento, tipo de rosca e custo unitrio) de um parafuso. Estas infor- maes no grficas podem ou no aparecer nas telas dos micros e nos papis impressos, assim como podem ser extradas dos modelos 3D diretamente para gerar planilhas com listas de materiais, oramentos, custos, planejamento da produo, relatrios, etc., e tudo o mais que faz parte indissocivel do projeto.

Projeto de suspenso modelado em 3D, produzindo dados analticos e gerenciais.

Modelo virtual 3D gerando automaticamente os desenhos tcnicos para fabricao

Os modelos virtuais em 3D podem ser exportados para softwares especficos de

analise por elementos finitos, capazes de realizar simulaes de comportamento, funciona- mento, temperatura, pontos de tenses e ruptura, economizando uma enormidade de recur- sos que normalmente so investidos em modelos ou maquetes fsicas para testes de com- portamento.

Modelo wireframe de corao artifi- cial para estudos comportamentais.

Anlise de temperaturas e tenses num bloco de motor pelo m- todo de elementos finitos aplicado um modelo em wireframe.

Anlise de tenses e temperaturas criticas em peas, por elementos finitos aplicados a modelos virtuais 3D

Podemos simular o comportamento estrutural de uma ponte, de um grande edifcio, de um alicate ou de um motor. Podemos saber ins- tantaneamente o peso, o consumo de materi- ais, o custo de cada componente, o endereo do fabricante ou fornecedor de peas, o n-

mero de srie, etc.

Para isto, entretanto, necessrio entender que a grande vantagem da computao vai muito alm dos limites da expresso grfica

ou visual.

Projeto de mquina fotogrfica gerando desenhos tcnicos, isomtricos, explodidas, listas de compo- nentes e materiais e, coordenadas de formas, volumes ou superfcies que podem ir direto para maquinas

CNC ou de prototipagem rpida.

Maquina CNC para a produo automatizada de peas mecnicas direto do computador, sem dese-

nhos nem plantas tradicionais. Maquina de prototipagem rpida para a fabricao de modelos fsicos tridimensionais, direto dos mo- delos virtuais 3D do computador, sem a necessida-

de de desenhos tcnicos e de plantas.

As formas de expresso esto se tor- nando independentes da impresso so-

bre o papel ou de um suporte (tela); num futuro prximo poderemos contar com

projees hologrficas gerando maque- tes tridimensionais sem matria, feitas apenas do cruzamento de raios de luz.

Holografia

Evidentemente, preciso um alto grau de organizao no processo do projeto, para permitir o acesso e o compartilhamento de informaes por todas as reas envolvidas. Alm disso, importante lembrar que todas estas simulaes e a integrao das etapas do proje- to partem da construo do objeto ou modelo 3D e que a confiabilidade dos seus resultados depende da preciso geomtrica usada na construo do modelo. No devemos pensar em Computao Grfica apenas como um recurso de desenho ou modelagem virtual destinado visualizao. Precisamos extrair da CG seus maiores benefcios, integrando o objeto virtu- al s demais etapas e disciplinas envolvidas no projeto. Dados extrados dos softwares co- mo o AutoCAD, por exemplo, podem alimentar diretamente as planilhas de consumos de materiais e de custos feitas no Excell; informaes no-grficas (atributos) vinculadas a blo- cos de desenho no AutoCAD devem alimentar programas de bancos de dados (como o Ac- cess ou o Approach) para permitir o gerenciamento do projeto; wireframes de slidos virtuais 3D podem ser usados como base de dados para programas de comportamento estrutural como o Abacus; dados relativos a prazos e etapas agregados ao objeto, devem fornecer informaes para softwares de planejamento, como o Project, por exemplo.

para obter a mxima eficcia no uso e aproveitamento racional dos softwares, que

devemos integrar as disciplinas de projeto. Neste processo, cabe a cada professor, de modo especifico na sua disciplina, estimular o uso e a integrao dos softwares usados na rea de projeto. No basta conhecer e dominar um nico software de desenho e modelagem como o AutoCAd, o 3DStudio, o SolidWorks, o Rhino, o Catia, o Inventor, etc.

A atividade de projetar requer o uso integrado de diversos softwares. Podemos per-

ceber isto na figura a seguir:

A seguir, apresentamos um exemplo do conceito de projeto integrado, atravs da

construo de um elemento simples da arquitetura (uma simples parede). O objetivo de- monstrar que, havendo o pleno conhecimento das etapas do projeto, aliado a uma minucio-

sa organizao projetual, pode-se trabalhar estudando em tempo real as conseqncias que pequenas alteraes ou decises de projeto impem ao produto final.

Modelo geomtrico de uma parede num sistema CAD.

Dados para serem correlacionados ao modelo geomtrico gerado num sistema

CAD, de interesse para o inventrio.

Listagem de quantitativos, exibindo as propriedades geomtricas do slido e os

materiais a ele associados. Planilha com a importao dos dados

gerados no CAD.

Planilha com a base de custos unitrios. Planilha com a composio de preos referente ao cdigo do servio 070141,

correspondente alvenaria de elevao.

Planilha com a totalizao dos materiais e insumos necessrios construo da parede.

Planilha com a totalizao das demandas em homens-hora, por categoria, necessrios

construo da parede. Tabela com a totalizao de custos e prazos por servios, a ser exportada para o MS-PROJECT.

Grfico de barras gerado no MS-PROJECT, com base nos fatores de prazos, exportados da planilha anterior.

Pelo exemplo anterior, temos ter uma breve noo do potencial de que dispomos e ain- da no dominamos. Ser excelente o dia em que pudermos realizar um projeto, tra- balhando com as tomadas de deciso em tempo real e, obtidas atravs de simulaes in loco, no seu computador.

Converso automtica do grfico de barras,

para um diagrama de PERT, com a definio dos caminhos crticos.

Para finalizar, importante ter em mente o seguinte: 1 - O trabalho do Designer um todo. No faz sentido ser meio-Designer, ou s saber lidar com a forma, ou s com a ergonomia, ou s com a produo. Dentro deste conceito de ati- vidade integrada, aumenta muito a responsabilidade da informtica, no sentido de que esta seja usada com interesses mais amplos do que somente o de modelar formal ou estetica- mente o objeto.

2 - nossa disciplina, compete apenas o ensino das formas de expresso e representao grficas. Numa tentativa de moderniz-las, estamos ensinando computao grfica e mode- lagem virtual 3D, mas preciso haver continuidade nestes esforos por parte de outras dis- ciplinas, integrando o processo de projeto. Agindo assim, reforamos a tese de que a infor- mtica deve estar presente em todos os momentos do processo de projetar e seu ensino no deve ser feito de forma estanque, isolada em cursos independentes. Compete ao De- signer, ao profissional de projeto e aos professores interagir e integrarem os conhecimentos.