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Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Programa de Pós-Graduação em Design
DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO DE CONTROLE DE DISTORÇÕES PARA
APLICAÇÃO EM PROBLEMAS DE DESIGN DE SUPERFÍCIE DE FORMAS
TRIDIMENSIONAIS NÃO PLANIFICÁVEIS
Cilene Estol Cardoso
Dissertação de mestrado
apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Design da
Universidade Federal do Rio
Grande do Sul como requisito
parcial da obtenção do título de
Mestre em Design, com ênfase
em Design e Tecnologia.
Porto Alegre
2009
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Cilene Estol Cardoso
DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO DE CONTROLE DE DISTORÇÕES PARA
APLICAÇÃO EM PROBLEMAS DE DESIGN DE SUPERFÍCIE DE FORMAS
TRIDIMENSIONAIS NÃO PLANIFICÁVEIS
Esta dissertação foi julgada e aprovada para a obtenção
do título de Mestre em Design no Programa de Pós-Graduação
em Design da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Porto Alegre, 24 de julho de 2009.
________________________________
Prof. Wilson Kindler, Dr.
Coordenador do Programa
Banca Examinadora:
_____________________ __________________________________
Dr. Eduardo Andre Perondi Dra. Evelise Anicet Rüthschilling
Orientador Examinadora Interna
_____________________ _________________________________
Dr. Fábio Gonçalves Teixeira Dr. Régio Pierre da Silva
Co-Orientador Examinador Interno
_________________________________
Dra. Neusa Mariza Leite Rodrigues Félix
Examinadora Interna
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Pai e Mãe
eu dedico esta
pesquisa à vocês.
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar a Deus, mais do que pelo dom da vida, pela vontade de
viver e por fazer de mim uma pessoa melhor a cada dia.
Ao meu querido orientador Eduardo Perondi e o meu querido co-orientador
Fábio Gonçalves Teixeira, por terem contribuído com minha formação, me ensinado
a importância da ciência e o ato de educar, do qual para mim são exemplos a seguir.
Ao meu querido Gerson Klein, que foi um dos pilares deste trabalho.
A Oxford®, a Tramontina® e a Grendene®, por terem se mostrado grandes
empresas, como de fato são, ao somarem forças de pesquisa que geram
crescimento e melhoria de processos e produtos. Meu muito obrigado por servirem
de exemplo e estímulo para futuros trabalhos interdisciplinares entre a universidade
e a indústria.
A toda equipe do NDS – Núcleo de Design de Superfície, por suscitar em mim
e em muitas pessoas, a paixão pelo design de superfície, em especial a Professora
Evelise Anicet Rüthschilling por ter me acolhido e contribuído, não somente com
esta pesquisa, mas efetivamente com minha formação em design de superfície.
A toda equipe do VID – Virtual Design, pelo constante apoio e incentivo.
A toda equipe do LdSM – Laboratório de Design e Seleção de Materiais, pela
contribuição e disponibilidade.
À Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, pela oportunidade
concedida.
Ao Programa de Pós-Graduação em Design e Tecnologia, sua coordenação,
funcionários e professores pelas constantes contribuições e ensino de qualidade.
Aos membros da Banca Examinadora, professores Régio Silva, Evelise Anicet
Rüthschilling e Neusa Félix.
Ao professor, designer e escritor Fábio Mestriner pela disponibilidade,
direcionamento e exemplo.
À Ada Schwartz por toda a contribuição, mas principalmente, por ter me
direcionado ao encontro do objeto de estudo desta pesquisa.
Ao meu querido amigo Roberto Faller pelas incansáveis ajudas.
À Dorothy Ballarini e ao Professor Adolfo Bittencourt pelas orientações e
encaminhamentos.
Aos meus colegas e amigos que me acompanharam nesta jornada e fizeram
dela um momento especial.
A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste
trabalho. E, finalmente, a todos aqueles que eu muito amo e por muito tempo deixei
de conviver por causa deste trabalho.
RESUMO
Este trabalho tem por objetivo desenvolver um método de controle de
distorção adequado ao design de superfície de produto industrial, com forma
tridimensional não planificável, produzido em larga escala, de modo a minimizar as
distorções gráficas procedentes da aplicação de uma imagem bidimensional em um
objeto tridimensional com superfície não planificável, considerando, principalmente,
a complexidade da geometria do objeto.
Essa pesquisa justifica-se quando se verifica o aumento de produtos com
formas não planificáveis no mercado e a visível dificuldade dos profissionais em
resolver problemas de distorções das imagens quando o objeto tem uma geometria
complexa. Além disso, o estudo visa contribuir também com a redução de custos de
desenvolvimento desse tipo de produto, já que estuda um método que possibilita a
verificação digital, eliminando os custos físicos de tentativa e erro.
O método utiliza recursos de representação paramétrica de superfícies, que
viabilizam a manipulação de objetos tridimensionais complexos no meio
computacional e que são definidos por equações que relacionam um domínio
paramétrico plano e o espaço tridimensional. Para cada uma das dimensões (x, y e
z) do espaço tridimensional, existe uma equação que faz a relação com o espaço
paramétrico bidimensional de coordenadas u e v. Dentre esses recursos, os mais
utilizados são: mapeamento de textura e render to texture. A indústria de desenhos
animados e games tridimensionais costuma utilizar com frequência estes recursos
computacionais para melhorar o realismo de suas imagens. Nesta pesquisa, estuda-
se a possibilidade de direcionar essas ferramentas computacionais para a indústria
de produtos físicos manufaturados produzidos em série.
A pesquisa propõe-se estudar três casos de produtos com superfícies não
planificáveis de materiais distintos e processos de produção diferentes entre si. A
partir dos três estudos de casos é proposto o método que visa permitir a solução
sistematizada dessa classe de problema relacionado às distorções. A verificação do
método é realizada, com resultados significativos, em conjunto com três grandes
empresas nacionais localizadas da região sul do Brasil. O primeiro estudo de caso
consiste em uma tigela de cerâmica da empresa Oxford®; o segundo, uma chaleira
de metal da empresa Tramontina®, e o terceiro, uma sandália de polímero da
empresa Grendene®.
Assim, por meio desta pesquisa, espera-se ampliar a área do conhecimento
que circunscreve o design de superfície, ampliando os meios que facilitem a
atividade projetual e apontando para a necessidade de instrumentos tecnológicos
que venham facilitar os projetos de superfícies de objetos com formas não
planificáveis.
Palavras-chave: design de superfície não planificável, produto manufaturado,
distorção visual, correspondência entre espaço tridimensional e paramétrico.
ABSTRACT
This work aims to develop a distortion control method adequate for surface
design of mass-produced industrial products with non-planable tridimensional shape,
so as to minimize the graphic distortions resulting from the application of a
bidimensional image onto a tridimensional object with non-planable surface, taking
into consideration mainly the complexity of the object’s geometry.
The justification for this research lies in the increase of products with non-
planable shapes available on the market and in the clear difficulty of professionals to
solve image distortion problems when the object presents complex geometry.
Besides, this research aims to contribute to the reduction of costs of developing this
kind of product, seeing that it studies a method that enables digital verification so
eliminating the physical costs of trial and error.
The method uses resources of parametric representation of surfaces, which
enable the manipulation of complex 3D objects in the computational environment,
and which are defined by equations that relate one plane parametric domain and the
tridimensional space. For each dimension (x, y e z) of the tridimensional space there
is an equation that makes the relation with the bidimensional parametric space with
coordinates u and v. The most frequently used computational resources are texture
mapping and render to texture, which are often used by the industry of 3-D animation
to improve the realism of their images. In this work we study the possibility to apply
these computational tools in the industry of manufactured products.
This research contemplates three case studies of products with non-planable
surfaces of different materials and different manufacturing processes. We then
propose a method that allows a systematized solution for distortion-related problems.
The verification of the method, which showed meaningful results, was carried out
together with three large national enterprises located in the southern region of Brazil.
The first case study consists in a ceramic bowl by Oxford®; the second, a metal
kettle by Tramontina®; and the third, a polymer sandal by Grendene®.
With this research we expect to expand the field of knowledge in which
surface design is inserted thus extending the resources for the projectual activity and
pointing to the need for technological tools that may help with the projects of surfaces
of objects with non-planable shape.
Key-words: non-planable surface design, manufactured product, visual
distortion, tridimensional and parametric space correspondence.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS...............................................................................................................10
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 18
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA ........................................................................ 18
1.2 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA ............................................................................. 22
1.3 PROBLEMA PRINCIPAL A SER ABORDADO ..................................................... 22
1.3.1 Variáveis .................................................................................................. 22
1.4 OBJETIVOS DA PESQUISA ................................................................................. 22
1.4.1 Objetivo Geral .......................................................................................... 22
1.4.2 Objetivos Específicos .............................................................................. 23
1.5 HIPÓTESE DE PESQUISA ................................................................................... 24
1.6 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA ........................................................................... 24
1.7 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ................................................................... 26
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................ 27
2.1 SUPERFÍCIE ......................................................................................................... 27
2.2 DESIGN DE SUPERFÍCIE .................................................................................... 28
2.3 SUPERFÍCIES PLANIFICÁVEIS ........................................................................... 35
2.4 SUPERFÍCIES NÃO PLANIFICÁVEIS .................................................................. 40
2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE SUPERFÍCIES NÃO PLANIFICÁVEIS ...... 46
2.5.1 Produtos com superfícies não planificáveis de cerâmica ........................ 46
2.5.2 Produtos com superfícies não planificáveis de metal .............................. 53
2.5.3 Produtos com superfícies não planificáveis de polímero......................... 58
2.6 RECURSOS COMPUTACIONAIS ........................................................................ 62
2.6.1 Superfícies Paramétricas ........................................................................ 63
2.6.2 Processo de Texturização Computacional .............................................. 65
2.6.3 Render to Texture .................................................................................... 75
3. METODOLOGIA DE INTERVENÇÃO .............................................................................. 79
4. MÉTODO DE CONTROLE DE DISTORÇÃO ................................................................... 83
4.1 ETAPA 1 - CONSTRUÇÃO DO MAPA 1 .............................................................. 86
4.2 ETAPA 2 - CONSTRUÇÃO DO MAPA 2 .............................................................. 87
4.3 ETAPA 3 - CONSTRUÇÃO DA IMAGEM 2D DISTORCIDA ................................. 88
4.4 ESTUDOS DE CASOS .......................................................................................... 90
4.4.1 Estudo de Caso 1 - Tigela de Cerâmica .................................................. 90
4.4.2 Estudo de Caso 2 - Chaleira de Metal ................................................... 102
4.4.3 Estudo de Caso 3 - Sandália de Polímero ............................................ 117
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES .................................................................................... 131
6. REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 134
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Sandália de polímero .............................................................................................. 20
Figura 2: Vaso de pico - 4.000 a.C. ....................................................................................... 29
Figura 3: Jarro Chinês - 2000 a.C. ........................................................................................ 29
Figura 4: Vaso Coríntio - 600 a.C. ......................................................................................... 29
Figura 5: Garrafa de vidro - Séc.XIV. .................................................................................... 29
Figura 6: Vaso de cerâmica ................................................................................................... 30
Figura 7: Cilindro de estamparia têxtil ................................................................................... 31
Figura 8 : Frigideiras TVS - Linha Easypretty Décors. .......................................................... 33
Figura 9: Vasos de Marcel Wanders ..................................................................................... 33
Figura 10: Conjunto de louça Oxford® .................................................................................. 34
Figura 11: Bolsa de plástico Marie-Louise 2007 .................................................................... 34
Figura 12: Portable USB Karim Rashid 2006 ........................................................................ 34
Figura 13: Sofá unitário Studioito de camadas de Corion 2006 ............................................ 35
Figura 14: Planificação de um prisma ................................................................................... 36
Figura 15: Imagens com áreas correspondentes e formatos distintos .................................. 37
Figura 16: Compartimento de câmera ................................................................................... 38
Figura 17: Garrafas Termolar ................................................................................................ 38
Figura 18: Objeto com superfície planificável desenho de Mauritus Escher ...................... 39
Figura 19: Objeto com superfície planificável desenho de Mauritus Escher ...................... 39
Figura 20: (a) Superfície planificável e (b) Superfície não planificável ................................. 40
Figura 21: (a) Parabolóide Hiperbólico; (b) Cilindróide; (c) Conóide ..................................... 41
Figura 22: Embalagem com superfície cônica ....................................................................... 42
Figura 23: Embalagem com superfície cilíndrica ................................................................... 42
Figura 24: Cilindro de impressão de revestimento cerâmico ................................................. 42
Figura 25: Planificação aproximada da superfície esférica - método dos meridianos ........... 43
Figura 26: Planificação aproximada da superfície esférica - método dos paralelos .............. 43
Figura 27: Superfícies com áreas correspondentes .............................................................. 45
Figura 28: Louças da Cerâmica Oxford® .............................................................................. 47
Figura 29: Cerâmica inspirada na obra de Antoni Gaudí ...................................................... 48
Figura 30: Tigela de cerâmica - Estudo de caso desta pesquisa .......................................... 48
Figura 31: Simulação de aplicação da imagem plana na superfície curva do objeto ............ 49
Figura 32: Processo de impressão tampográfico .................................................................. 50
Figura 33: Imagem bidimensional .......................................................................................... 51
Figura 34: Tigela com distorções visuais ............................................................................... 51
Figura 35: (a) Imagem original; (b) Imagem 2D distorcida .................................................... 52
Figura 36 - Frigideiras Tramontina® - Linha Vivacor ............................................................ 53
Figura 37: Embalagens expandidas Nestlé
®
......................................................................... 53
Figura 38: Protótipos experimentais da latas expandidas Nestlé® ....................................... 54
Figura 39: Máquina de expansão de protótipos .................................................................... 55
Figura 40: Produto selecionado para estudo de caso desta pesquisa .................................. 55
Figura 41: Simulação de aplicação da imagem plana na superfície curva do objeto ............ 56
Figura 42: Impressão serigráfica sobre o blank ..................................................................... 56
Figura 43: Processo de estampagem profunda da chaleira (conformação) .......................... 57
Figura 44 : Resultados físicos das etapas do processo de conformação da chaleira ........... 57
Figura 45 : Embalagens de polímero com geometria não desenvolvível .............................. 58
Figura 46 - Sandália de polímero .......................................................................................... 59
Figura 47: Sandália de Polímero estudo de caso desta pesquisa ..................................... 59
Figura 48: Planificação da sandália ....................................................................................... 59
Figura 49: Simulação de aplicação da imagem plana na superfície curva do objeto ............ 60
Figura 50: Processo de tratamento de superfície da sandália .............................................. 61
Figura 51: Protótipo de referência ......................................................................................... 61
Figura 52: Mapeamento de uma superfície tridimensional para um espaço paramétrico ..... 64
Figura 53: Correspondência entre o espaço tridimensional e o espaço paramétrico ............ 64
Figura 54: Correspondência entre o espaço tridimensional e o espaço paramétrico ............ 65
Figura 55: Imagem bidimensional em formato quadrado ...................................................... 66
Figura 56: Projeção Planar .................................................................................................... 66
Figura 57: Mapa de textura original da superfície paramétrica do cilindro ............................ 67
Figura 58: Projeção esférica .................................................................................................. 68
Figura 59: Representação de projeção cilíndrica .................................................................. 69
Figura 60 - Representação de projeção planar ..................................................................... 70
Figura 61 - Representação de projeção planar ..................................................................... 70
Figura 62: Decomposição da superfície do cilindro em 16 partes planares .......................... 71
Figura 63: Desconectividades na malha (u, v) representadas pelas linhas verdes ............... 72
Figura 64: Função de Correspondência ................................................................................ 73
Figura 65: Função de correspondência ................................................................................. 74
Figura 66: Manipulação de vértice ......................................................................................... 74
Figura 67: Exemplificação de um processo com distorção ................................................... 77
Figura 68: Exemplificação de um processo de controle de distorção usando a
ferramenta render to texture. ................................................................................ 78
Figura 69: Produtos selecionados para estudos de casos .................................................... 83
Figura 70: Padrão visual desenvolvido para aplicação ......................................................... 84
Figura 71: Diagrama explicativo da etapa 1 do método de controle de distorção ................. 86
Figura 72: Diagrama explicativo da etapa 2 do método de controle de distorção ................. 87
Figura 73: Diagrama explicativo da etapa 3 do método de controle de distorção ................. 88
Figura 74: Protótipo de referência físico ................................................................................ 90
Figura 75: Imagem bidimensional desenvolvida para ser aplicada no protótipo
de referência ......................................................................................................... 90
Figura 76: Modelagem da tigela ............................................................................................ 91
Figura 77: Molde da tigela feito com material odontológico .................................................. 92
Figura 78: Aplicação da imagem bidimensional conforme o mapa original ........................... 93
Figura 79: Comparação da imagem no objeto físico e no virtual conforme o mapa original . 93
Figura 80 - Comparação da imagem no objeto físico e no virtual conforme o mapa 1 ......... 94
Figura 81: Comparação dos mapas original (a) e mapa 1 (b) ............................................... 95
Figura 82: Manipulação de arestas ....................................................................................... 95
Figura 83 : Imagem bidimensional ......................................................................................... 96
Figura 84: Aplicação da imagem bidimensional no objeto conforme o mapa 1 .................... 96
Figura 85: Aplicação da imagem bidimensional no objeto conforme o mapa 2 .................... 97
Figura 86: Comparação entre os mapas 1 e 2 ...................................................................... 98
Figura 87: Utilização do recurso computacional render to texture ........................................ 99
Figura 88: Imagem 2D distorcida ......................................................................................... 100
Figura 89: Verificação computacional do método - “imagem 2D distorcida”
aplicada na superfície do objeto tridimensional, conforme mapa 1 .................... 100
Figura 90: Protótipo sem a aplicação do método de controle de distorção ......................... 101
Figura 91: Protótipo com a aplicação do método de controle de distorção ......................... 101
Figura 92: Imagem bidimensional desenvolvida para ser aplicada no protótipo de
referência físico .................................................................................................. 102
Figura 93: Protótipo de referência físico .............................................................................. 102
Figura 94: Modelagem com muitos polígonos ..................................................................... 103
Figura 95: Modelagem simplificada da chaleira .................................................................. 103
Figura 96: Simulação virtual ................................................................................................ 104
Figura 97: Aplicação da imagem bidimensional conforme o mapa original ......................... 104
Figura 98: Planificação do modelo tridimensional no espaço euclidiano ............................ 105
Figura 99: Projeção planar .................................................................................................. 106
Figura 100: Distribuição da imagem bidimensional no objeto tridimensional conforme
o mapa gerado a partir da projeção planar. ...................................................... 106
Figura 101: Distribuição da imagem bidimensional no objeto tridimensional
conforme mapa 1 .............................................................................................. 107
Figura 102: Comparação dos mapas .................................................................................. 107
Figura 103: Imagem bidimensional (módulo) ...................................................................... 108
Figura 104: Seleção das faces ............................................................................................ 109
Figura 105: Desembrulho automático no espaço paramétrico ............................................ 110
Figura 106: “Costura”do mapa no espaço paramétrico ....................................................... 110
Figura 107: Desencaixe do desenho nas arestas de fechamento ....................................... 111
Figura 108: Repetição da imagem no espaço paramétrico ................................................. 112
Figura 109: Comparação dos mapas 1 e 2 ......................................................................... 112
Figura 110: Utilização do recurso computacional render to texture .................................... 113
Figura 111: Imagem 2D distorcida ....................................................................................... 114
Figura 112: Verificação computacional do método - “imagem 2D distorcida”
aplicada na superfície do objeto tridimensional, conforme mapa 1 .................. 115
Figura 113: (a) imagem 2D distorcida; (b) fundo; (c) imagem 2D distorcida com fundo ..... 115
Figura 114: Protótipo sem a aplicação do método de controle de distorção ....................... 116
Figura 115: Protótipo com a aplicação do método de controle de distorção ....................... 116
Figura 116: bidimensional desenvolvida para ser aplicada no protótipo de referência ....... 117
Figura 117: Protótipo de referência ..................................................................................... 117
Figura 118: Modelagem escaneada .................................................................................... 118
Figura 119: Modelagem da Sandália ................................................................................... 118
Figura 120: Área de aparagem da imagem bidimensional .................................................. 119
Figura 121 : Aplicação da imagem bidimensional conforme o mapa original ...................... 119
Figura 122: Seleção das faces ............................................................................................ 120
Figura 123: Desembrulho automático no espaço paramétrico ............................................ 120
Figura 124: “Costura”do mapa no espaço paramétrico ....................................................... 121
Figura 125: Comparação dos mapas .................................................................................. 122
Figura 126: Imagem bidimensional (módulo) ...................................................................... 122
Figura 127: Seleção das faces ............................................................................................ 123
Figura 128: Desembrulho automático no espaço paramétrico ............................................ 123
Figura 129: “Costura”do mapa no espaço paramétrico ....................................................... 124
Figura 130: “Costura”do mapa no espaço paramétrico ....................................................... 124
Figura 131: Repetição da imagem no espaço paramétrico ................................................. 125
Figura 132: Repetição da imagem no espaço paramétrico ................................................. 125
Figura 133: Comparação dos mapas 1 e 2 ......................................................................... 126
Figura 134: Utilização do recurso computacional render to texture .................................... 127
Figura 135: Imagem 2D distorcida ....................................................................................... 128
Figura 136: Verificação computacional do método - “imagem 2D distorcida”
aplicada na superfície da sandália tridimensional, conforme mapa 1 .............. 128
Figura 137: (a) imagem 2D distorcida; (b) miolo; (c) imagem 2D distorcida com miolo ...... 129
Figura 138: Protótipo sem a aplicação do método de controle de distorção ....................... 130
Figura 139: Protótipo com a aplicação do método de controle de distorção ....................... 130
LISTA DE ABREVIAÇÕES
2D - Bidimensional
3D - Tridimensional
CSN - Companhia Siderúrgica Nacional
ESPM - Escola Superior de Propaganda e Marketing
LdSM - Laboratório de Design e Seleção de Materiais
NDS - Núcleo de Design de Superfície
UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul
VID Virtual Design - UFRGS
1. INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO TEMA
O homem tem interferido nas superfícies dos objetos desde as civilizações
pré-históricas. Essas intervenções já ocorriam tanto em superfícies planas como em
superfícies curvas, porém eram personalizadas e construídas manualmente.
Segundo Forty (2007), com a industrialização ocorrida nos séculos XVII e
XVIII, fábricas de tecidos, de louças e de mobiliários foram as primeiras a se
mecanizarem. Naquela época, os processos produtivos evoluíram e substituíram os
processos manuais de tratamento de superfície.
Esses novos processos industriais proporcionaram inúmeras vantagens,
porém também geraram novos desafios de projeto de superfície que tiveram que se
adequar às novas possibilidades de produção - um exemplo representativo é o dos
vasos de cerâmica, que até os primórdios da revolução industrial eram pintados a
mão; com a necessidade de padronização e produção em série, as empresas
passaram a utilizar adesivos. Tal situação originou um novo problema: como
adequar a aplicação de um adesivo bidimensional sobre uma área de superfície com
curvatura acentuada?
Talvez os problemas dessa natureza justifiquem por que, o design de
superfície tenha-se restringido praticamente, durante muito tempo, inclusive parte do
Século XX, às superfícies planas, como os tecidos, os revestimentos de pisos e
paredes (cerâmicos, sintéticos, lâminas de madeira), os papéis de paredes e de
embrulhos, com a exceção dos objetos que têm suas superfícies tratadas por adição
de materiais como: “[...] vernizes, tintas, esmaltes e metalização [...]” (MANZINI,
1993, p. 196), assim como aqueles tratados por subtração do próprio material, como
é o caso dos objetos polidos ou jateados com areia.
Após a segunda metade do Século XX, a exigência por inovação de produtos
de todos os tamanhos e formatos que destacassem o nome, a marca e a imagem de
sua empresa gerou “[...] um estímulo para que a tecnologia da impressão
19
tradicionalmente adaptada às superfícies planas se dedicasse às superfícies
complexas.” (MANZINI, 1993, p. 198).
É neste contexto entre produtos com superfícies complexas que esta
pesquisa vem colaborar com a ampliação das possibilidades de aplicação do design
de superfície. Hoje, os designers de superfície, equipados com tecnologia avançada,
aumentam suas opções de criação e passam a projetar superfícies de produtos com
formas inusitadas, que antes só poderiam ser executadas à mão devido à
complexidade de geometrias, limitações de projeto e de processos de produção.
Embora a tecnologia de impressão, os processos produtivos, as ferramentas
e os métodos de projeto de produtos tenham evoluído significativamente nas últimas
décadas, o tratamento de superfícies de produtos com curvas acentuadas ainda
enfrenta desafios, principalmente com relação aos objetos que possuem uma
geometria não planificável, ou seja, possuem uma cobertura com “pele” superficial
que não se desdobra sobre um único plano sem distorções e rupturas.
Essas dificuldades normalmente não existem em produtos que possuem
geometria planificável, isto é, que têm uma superfície que se desdobra sem
distorções sobre um único plano (cubos são exemplos de superfícies planificáveis).
Nesses casos, o designer de superfície desenvolve o projeto visual em um plano e,
posteriormente, envolve o objeto tridimensional com a imagem construída no plano
bidimensional com facilidade. Por não apresentarem limitação de planificação, os
elementos compositivos bidimensionais não sofrem distorções, porque as faces
planificadas de sua superfície, embora rompidas em algumas arestas, não perdem
suas verdadeiras grandezas, somente são reposicionadas em outro local do espaço.
Já as superfícies não planificáveis, por não se distenderem sobre um único
plano dificultam o design de superfície. Neste tipo de projeto pode-se observar que,
por um lado, o designer não consegue projetar no plano e simplesmente aplicar
imagem desenvolvida no objeto tridimensional. Por outro lado, o designer também
não pode dispensar a planificação, pois os processos atuais de impressão de
produtos industriais com formas complexas constituem-se, basicamente ainda, na
impressão da imagem em um elemento no plano (substrato) e posterior adaptação
desta na forma tridimensional do objeto, o que caracteriza um processo indireto de
20
tratamento de superfície do objeto diferente daquele em que o funcionário pintava
direto na superfície do produto.
Tal processo de tratamento indireto evidencia as diferenças entre as
superfícies planas ou planificáveis e as não planificáveis, salientando o problema de
se revestir um objeto curvo não planificável com uma imagem plana, demonstrando
que as restrições de projeto estão presentes tanto na geometria complexa do objeto
quanto nos processos de fabricação dos mesmos.
A sandália na Figura 1 é um exemplo de produto que representa esse
problema de projeto, que consiste no objeto de estudo desta pesquisa. À direita
tem-se uma imagem plana desenvolvida para ser aplicada na superfície da sandália;
em sua composição existem círculos perfeitos. Ao ser aplicada no objeto
tridimensional a imagem sofre distorções visuais, que podem ser facilmente
observadas pelos círculos distorcidos na lateral do produto, caracterizando um
problema de distorção do desenho.
Figura 1: Sandália de polímero
Fonte:Protótipodetesteproduzidoparaestapesquisa.
A Computação Gráfica vem estreitando cada vez mais a relação entre
problema bidimensional e tridimensional. Um bom exemplo disso são os métodos de
texturização utilizados pela indústria de games, desenhos animados, cenários de
21
projetos arquitetônicos, de produtos e de publicidade, empenhados em melhorar o
realismo de suas imagens, buscando melhores maneiras de finalizar a aparência de
superfícies.
Alguns desses métodos utilizam recursos de representação paramétrica de
superfícies, que viabilizam a manipulação de objetos tridimensionais complexos no
meio computacional e que são definidos por equações que relacionam um domínio
paramétrico plano e o espaço tridimensional. Para cada uma das dimensões (x, y e
z) do espaço tridimensional, existe uma equação que faz a relação com o espaço
paramétrico bidimensional de coordenadas u e v. Essa correspondência entre os
dois espaços permite que uma imagem seja aplicada e manipulada ponto a ponto
sobre a superfície do objeto, a partir de um mapa de imagem no espaço
paramétrico. Outro recurso muito utilizado é o render to texture, que facilita essa
transição entre o bidimensional e o tridimensional porque possibilita a geração de
imagens planas distorcidas aptas a compensarem as distorções da imagem, quando
aplicada ao objeto tridimensional não planificável.
Este trabalho visa contribuir com a superação das dificuldades resultantes do
trabalho com superfícies complexas, propondo um método de projeto de superfície.
A pesquisa propõe-se estudar três casos de produtos com superfícies não
planificáveis de materiais distintos e processos de produção diferentes entre si, pois
se entende que essa diversificação proporciona uma análise comparativa entre os
três que enriquece o estudo e concede confiabilidade na verificação do método
proposto, de forma não específica, mas geral, ou seja, que pode ser utilizado em
diversos tipos de produtos.
A partir dos três estudos de casos é proposto um método que visa permitir a
solução sistematizada dessa classe de problema relacionado às distorções que é,
posteriormente, verificado na prática industrial. A verificação do método é realizada
em conjunto com três grandes empresas nacionais localizadas da região sul do
Brasil. O primeiro estudo de caso consiste em uma tigela de cerâmica da empresa
Oxford® ; o segundo, uma chaleira de metal da empresa Tramontina® , e o terceiro,
uma sandália de polímero da empresa Grendene® .
22
1.2 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA
A pesquisa delimita-se à investigação de como definir um método de controle
de distorção adequado ao design de superfície visual de produtos industriais físicos
com formas geométricas não planificáveis, produzidos em larga escala, que evita ou
minimiza as distorções gráficas decorrentes da conformação da imagem
bidimensional na forma tridimensional do objeto.
1.3 PROBLEMA PRINCIPAL A SER ABORDADO
Como desenvolver projetos de superfícies visuais de produtos industriais
produzidos em série, com formas geométricas não planificáveis, visando produzi-los
em diferentes materiais e distintos processos de fabricação, de modo a evitar ou
minimizar as distorções gráficas decorrentes da conformação da imagem
bidimensional na forma tridimensional do objeto?
1.3.1 Variáveis
A variável dependente do problema de pesquisa é o método de controle de
distorção aplicado em design de superfície.
A variável independente do problema de pesquisa é a complexidade
geométrica da superfície do objeto a ser tratada.
1.4 OBJETIVOS DA PESQUISA
1.4.1 Objetivo Geral
Desenvolver um método de controle de distorção adequado ao design de
superfície visual de produto industrial com forma tridimensional não planificável,
produzido em larga escala, de modo a minimizar as distorções gráficas procedentes
da aplicação de uma imagem bidimensional em um objeto tridimensional,
23
considerando a complexidade da geometria do objeto, o material e o processo de
fabricação utilizados.
1.4.2 Objetivos Específicos
• Realizar uma revisão bibliográfica que forneça o embasamento teórico
necessário ao desenvolvimento de um método de controle de
distorção;
• Estudar os métodos adotados pelas indústrias para projetar superfícies
visuais de produtos com formas não planificáveis que abordem o
problema das distorções;
• Prospectar empresas que possuem o problema relacionado com as
distorções e que se interessem em unir esforços na pesquisa e
desenvolvimento do método.
• Selecionar três produtos industriais com geometrias não planificáveis,
de diferentes materiais e de distintos processos de fabricação, que
apresentem dificuldades relacionadas com o problema estudado e que
sirvam como elementos de teste para verificação do método proposto;
• Apresentar as conceituações de superfície, design de superfície,
superfície planificável, superfície não planificável; alguns processos de
fabricação e impressão de produtos com geometrias não planificáveis;
demonstrando através dos conceitos e dos processos de fabricação, o
problema das distorções;
• Identificar e apresentar recursos projetados pela computação gráfica, o
que inclui representação paramétrica de superfícies, correspondência
do espaço tridimensional com o espaço paramétrico, mapeamento de
textura e render to texture.
• Identificar similaridades existentes entre o objeto de pesquisa,
considerando o foco de materialização de produtos industriais físicos, e
o processo de texturização digital utilizado na computação gráfica em
games, desenhos animados, cenários, etc;
24
• Desenvolver e descrever um método de controle de distorção
adequado ao design de superfície para objeto com geometria não
planificável, com base na fundamentação teórica e na metodologia de
pesquisa;
• Aplicar o método de controle de distorção proposto em protótipos reais
utilizando-se a estrutura industrial das três empresas envolvidas com a
pesquisa, a fim de verificar sua eficácia.
1.5 HIPÓTESE DE PESQUISA
A manipulação de mapas de imagens utilizando a correspondência
paramétrica da superfície permite controlar as distorções visuais.
1.6 JUSTIFICATIVA DA PESQUISA
Esta pesquisa se insere em um contexto onde as empresas, frente a uma
competição acirrada, não poupam esforços em aprimorar seus produtos e, dessa
forma, diferenciarem-se de suas concorrentes. Neste sentido, este estudo visa
contribuir com a qualificação e o refinamento de projetos de superfícies para objetos
com formas complexas, dando aos produtos um acabamento de superfície
diferenciado.
Outra justificava para esta pesquisa é a atual propagação ininterrupta de
novos signos. Santaella (2007, p. XIII) afirma que “[...] desde o advento da fotografia,
então do cinema, desde a explosão da imprensa e das imagens, seguida da
revolução eletrônica que trouxe consigo o rádio e a televisão (...) o mundo vem
sendo crescentemente povoado de novos signos [...]”. Esses acontecimentos estão
caracterizando o momento atual, fazendo com que as pessoas sintam-se afetadas
pelo mundo dos signos. Manzini (1993, p. 193) reforça esta opinião ao expor que a
superfície “[...] concentra muito daquilo que num objeto é significante para um
observador/utilizador: qualidades sensoriais (propriedades ópticas, térmicas, tácteis),
valores simbólicos e culturais [...]”. Desse modo, torna-se compreensível o
25
progressivo interesse das empresas em intervir na superfície de produtos diversos,
além do têxtil, do cerâmico e do papel, já que essa interferência pode dar aos
produtos um poder estratégico de significação expresso pelos elementos visuais do
design de superfície. É com a migração para outros tipos de produtos, com formas
mais complexas, que este trabalho se justifica, por propor um método apropriado ao
design de superfície, que possibilita a reprodução das imagens de modo adequado,
ou seja, sem distorções indesejáveis que possam mudar a significação dos signos
contidos na imagem e causar uma mensagem negativa ao produto junto ao público
que se quer atingir. Mesmo que a distorção não altere o significado dos elementos
compositivos da imagem, a própria distorção, normalmente, por si só traz consigo
uma significação que não está associada a sensações positivas.
Esta pesquisa também se torna relevante quando se verifica o aumento de
produtos com formas não planificáveis no mercado e a visível dificuldade dos
profissionais em resolver problemas de distorções das imagens quando o objeto tem
uma geometria complexa. Prova disto é que não foi encontrada qualquer referência
bibliográfica de livros e/ou artigos especificamente sobre o problema estudado.
Ainda na fase inicial deste estudo, quando se buscava compreender se de fato
existiam justificativas para esta pesquisa, entrou-se em contato com designers de
cinco grandes empresas que fazem uso de técnicas de design de superfície em seus
produtos. Nesta pesquisa questionou-se a existência do problema. Em resposta,
todos expressaram suas dificuldades em ajustar o desenho bidimensional, sem
distorções, à geometria do objeto tridimensional. E acrescentaram que utilizavam
métodos de tentativa e erro para ajustar suas imagens ao objeto tridimensional.
Deste modo, o estudo justifica-se também com a redução de custos de
desenvolvimento desses produtos, já que estuda um método que possibilita a
verificação digital, eliminando todos os custos físicos de tentativa e erro, até então
existentes.
Assim, por meio desta pesquisa, espera-se ampliar a área do conhecimento
que circunscreve o design de superfície, ampliando os meios que facilitem a
atividade projetual e apontando para a necessidade de instrumentos tecnológicos
que venham a facilitar os projetos de superfícies de objetos com formas não
planificáveis.
26
1.7 ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
Esta pesquisa, por estar inserida em uma estrutura de ensino de Design e
Tecnologia, além do Design de Produto e de Superfície, também agrega outras
áreas do conhecimento como a Computação Gráfica e a Engenharia de Produção,
reforçando o aspecto interdisciplinar do Design, que demonstra a importância do
trabalho em equipe, o que proporciona a relação de conhecimento específico de
áreas distintas, porém complementares, que atuam juntas para uma maior
compreensão de problemas e soluções.
Dentro desse contexto, este trabalho está organizado da seguinte forma:
Capítulo 1 - introduz a contextualização do tema, delimitação, variáveis,
objetivos, hipótese e justificativa da pesquisa.
Capítulo 2 - apresenta a fundamentação teórica da pesquisa. Um breve
levantamento histórico, que destaca exemplos de objetos com superfícies não
planificáveis ao longo da evolução humana. Estabelece conceito de superfície,
design de superfície, superfície planificável, superfície não planificável. Apresenta os
processos industriais utilizados na fabricação dos três produtos definidos para
estudo de caso, esclarecendo, em relação com os conceitos, o problema estudado.
Ao término do capítulo são expostos os métodos de texturização adotados pela
computação gráfica, no sentido de conjecturar sobre sua adaptabilidade à realidade
da indústria manufatureira.
Capítulo 3 - aborda a metodologia de pesquisa utilizada, descrevendo os
procedimentos utilizados no desenvolvimento deste estudo e o modo como o mesmo
foi estruturado.
Capítulo 4 - apresenta, com base na pesquisa de fundamentação teórica, o
método de controle de distorção adequado ao design de superfície de produto
industrial, com forma tridimensional não planificável, de modo a minimizar as
distorções gráficas procedentes da aplicação de uma imagem bidimensional num
objeto tridimensional.
Capítulo 5 - apresenta as conclusões e sugestões para pesquisas posteriores.
27
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este capítulo tem por objetivo apresentar os conceitos fundamentais que
norteiam esta pesquisa, como: superfície, design de superfície, superfície
planificável e superfície não planificável. Também são descritos os processos
industriais utilizados na fabricação alguns produtos com superfícies não
planificáveis. Por último, são apresentados recursos de computação gráfica,
normalmente utilizados pelas indústrias de games e desenhos animados, de modo a
estudar a possibilidade de adaptação desses à realidade das indústrias de produtos
manufaturados.
2.1 SUPERFÍCIE
Para compreender esta pesquisa, faz-se necessário descrever claramente o
conceito de superfície, pois ele é a base deste estudo.
Conforme Manzini (1993, p. 193), superfície de um objeto “é a localização do
conjunto dos pontos em que acaba o material de que o objeto é feito e começa o
ambiente exterior”. Ele também descreve a superfície como “(...) uma pele, ou seja,
de um órgão especializado no papel de interface entre o interior e o exterior”.
Segundo Le Corbusier (1977, p. 9), superfície “é o envelope do volume e
pode anular ou ampliar a sua sensação”.
Para Schwartz (2008, p.17) superfície, embora associada a aspectos
bidimensionais definidos por comprimento e largura, também é um elemento de
circunscrição de corpos, que serve para limitá-los ou delimitá-los, e
conseqüentemente, defini-los.
Nesta pesquisa, o conceito de superfície está em consonância com os
apresentados acima, ou seja, a superfície é vista como uma “pele tratada” que é
28
aplicada (estampada
1
), em justaposição à superfície-limite de um objeto
tridimensional com forma complexa.
2.2 DESIGN DE SUPERFÍCIE
Design de superfície é uma especialidade do design responsável por tratar os
aspectos das superfícies de produtos, sejam eles físicos ou virtuais. Segundo
Ruthschilling (2008), design de superfície pode ser conceituado como sendo:
“[...] uma atividade criativa e técnica que se ocupa com a criação e
desenvolvimento de qualidades estéticas, funcionais e estruturais,
projetadas especificamente para constituição e/ou tratamentos de
superfícies, adequadas ao contexto sócio-cultural e às diferentes
necessidades e processos produtivos.” (RUTHSCHILLING, 2008, p. 23)
Embora seja recente sua expansão e consolidação como um campo do
conhecimento e área de atuação profissional, a intervenção do homem na superfície,
preocupando-se com sua beleza, tem sua origem no período Neolítico (de 10.000 a
5.000 a.C.). Naquela época, as cerâmicas tinham “[...] suas superfícies tratadas com
cores [...] e texturas táteis conseguidas com técnicas primitivas de prensagem sobre
o barro úmido, além de acabamentos polidos.” (RUTHSCHILLING, 2008, p. 15)
Ainda nas civilizações antigas, quando o homem tinha um controle muito
limitado sobre os materiais e não possuía tecnologia de produção e de impressão, a
superfície já se constituía numa área onde o gosto pela decoração era apreciado
como forma de expressão, identidade humana e valorização do objeto final.
As Figuras 2 a 5 apresentam vasos de cerâmica que exemplificam a
capacidade humana de tratar formas complexas. Percebe-se que, em períodos
históricos antigos, o homem já desenvolvia produtos que possuíam geometrias não
1
A palavra “estampar” em design de superfície é utilizada como sendo o ato de imprimir, reproduzir a
imagem construída pelo designer em um substrato qualquer por meio de um molde ou matriz. No
entanto, neste trabalho optou-se por usar o termo “aplicar” em substituição do primeiro, a fim de evitar
conflito com o termo “estampagem”, nome dado pela Engenharia Mecânica para um processo
industrial de conformação de metal, também abordado nesta pesquisa.
29
planificáveis, demonstrando habilidades e resultados exemplares de tratamento da
superfície.
Figura 2: Vaso de pico - 4.000 a.C.
Fonte: Garbini (1979).
Figura 3: Jarro Chinês - 2000 a.C.
Fonte: Lommel (1979).
Figura 4: Vaso Coríntio - 600 a.C.
Fonte: Strong (1979).
Figura 5: Garrafa de vidro - Séc.XIV.
Fonte: Grube (1979).
A complexidade geométrica destes objetos e a quantidade significativa de
elementos visuais de composição integrados entre si em suas superfícies sugerem a
existência de estudos árduos e prévios de diagramação.
30
O vaso do chamado estilo Dipylon do século VIII a.C., apresentado na Figura
6, foi desenvolvido no período geométrico da arte grega e é um exemplo de
superfície não planificável tratada com rigor geométrico.
Figura 6: Vaso de cerâmica
http://www.webboom.pt/PDF/LEHAVOP_02609_PagTip01.PDF
Da antiguidade até o advento da industrialização foram desenvolvidos objetos
com superfícies ricamente tratadas, no entanto somente na revolução industrial
(séculos XVII a XIX), tais superfícies passaram a ser produzidas em meios de
fabricação em série, com etapas distintas de projeto e execução, caracterizando
então o design de superfície.
Na revolução industrial, como já foi colocado na introdução, fábricas de
tecido, de cerâmica e de mobiliário foram as primeiras a reestruturar seus locais e
processos de produção dentro do novo contexto que se formava. Um bom exemplo
da transição do artesanal para o industrial é colocado por Forty em relação à
indústria têxtil:
“A técnica de estampar algodão com blocos de madeira gravados foi
desenvolvida no final do século XVII. Na década de 1750, criou-se uma
nova técnica, com a utilização de placas de cobre, que eram maiores do
que os blocos de madeira e comportavam mais detalhes. [...] em 1796,
surgiu outro desenvolvimento técnico: as placas gravadas foram
transformadas em cilindros e se tornou possível imprimir todo o
comprimento da peça de algodão continuamente, em um único processo
mecânico.” (FORTY, 2007, p. 66)
31
A citação de Forty destaca o momento da história em que a indústria têxtil
passa a ter seus desenhos revestindo cilindros tridimensionais (Figura 7) que
possibilitaram a produção contínua de tecido em larga escala. Esse fato,
possivelmente, colocou o projetista diante de um novo desafio dar continuidade ao
desenho, construindo encaixes perfeitos entre as duas extremidades da chapa, de
modo a evitar a percepção da emenda nas arestas de fechamento.
Figura 7: Cilindro de estamparia têxtil
Fonte:Ruthschilling(2008).
Assim, o cuidado com os detalhes das emendas demonstra o quanto um
método de design de superfície precisa ser adequado às restrições de processo
industrial, como destaca Ruthschilling (2008). Além disso, esse cuidado também
salienta as relações existentes entre os espaços bidimensionais e tridimensionais,
sendo que, neste exemplo, as três dimensões estão presentes no processo (cilindro)
e as duas dimensões no produto (tecido).
Outro exemplo daquela época (Século XVIII) que descreve o direcionamento
do trabalho artesanal para a mecanização é o da indústria cerâmica mais
significativo para esta pesquisa, pois aborda produtos com geometrias complexas e
não planificáveis. Quando se menciona os primórdios da revolução industrial em
relação à cerâmica, a fábrica de Wedgwood, um empresário que se destacou na
manufatura de utilitários de cerâmica por volta de 1765, é normalmente citada. Forty
cita a cerâmica de Wedgwood ao descrever outra substituição de processo de
produção nos primórdios da revolução industrial:
32
Grande parte da primeira esmaltagem de Wedgwood consistia em imagens
e decorações à mão livre num estilo atraente, embora um tanto floreado.
Esses desenhos, sendo complicados e difíceis de reproduzir com precisão,
não serviam para a produção na quantidade pretendida por Wedgwood.
Para evitar as variações e tornar mais barata a esmaltagem, ele
experimentou decalques impressos, que eram aplicados aos potes e
cozidos. Com o tempo, a parte pictórica dos desenhos em esmalte sobre
louça creme passou a ser aplicada em geral com decalques e a mão dos
pintores entrava apenas nas bordas e padrões repetidos, que eram capazes
de reproduzir com exatidão. O único fator que ainda dava espaço para a
variação nos resultados era a habilidade de seus empregados. (FORTY,
2007, p. 45)
A substituição de esmaltes pintados à mão por decalques impressos na
fábrica de Wedgwood demonstra a evolução do design de superfície. A aplicação de
decalques possibilitou a produção em série e a padronização dos objetos isso
trouxe grandes benefícios para a indústria da época. No entanto, esse tipo de
processo de tratamento indireto enfatizou as diferenças entre superfícies planas ou
planificáveis e as não planificáveis, salientando as dificuldades de se revestir um
objeto curvo com uma imagem plana devido à complexidade da geometria do objeto
e suas diferenças com o plano. Possivelmente, quando Wedgwood passou a utilizar
os decalques defrontou-se com as limitações de revestir seus utilitários curvos com
decalques planos.
Assim, percebe-se que as transformações nos processos de fabricação
passam a alterar não somente a quantidade de unidades produzidas, mas também
provocam a necessidade de mudança no modo de projetar a superfície. Antes o
homem pintava direto no objeto, e provavelmente todos os estudos de diagramação
dos elementos compositivos do desenho também fossem feitos diretamente sobre o
produto. A partir dos primórdios da revolução industrial, a exemplo de Wedgwood, os
processos de impressão de produtos industriais com formas complexas passaram a
ser, basicamente, a impressão da imagem no plano e a posterior adaptação desta
na forma tridimensional do objeto.
Mesmo com todas as limitações de se acondicionar e/ou revestir um objeto
com geometria complexa, atualmente não faltam exemplos de interferência em
superfícies de objetos que demonstram o poder de diferenciação que um bom
design de superfície pode determinar em um produto.
33
No foco desta pesquisa, o design de superfície proporciona a caracterização
do objeto em sua camada superficial, no todo ou em parte de sua área. A superfície
é projetada para diferenciar o objeto tridimensional a partir do volume já configurado,
depositando-se sobre ele outro material (tinta, adesivo, etc). Porém essa descrição
merece uma ressalva, pois em função do tipo de processo de fabricação existem
exceções, ou seja, em alguns produtos de metal (Figura 9), por exemplo, as
impressões são feitas ainda em uma superfície plana, e quando o metal é
conformado, o desenho já aplicado desloca-se junto com o substrato, neste caso o
metal.
Assim, o objeto que antes ou depois de adquirir seu formato final receber um
tratamento sobre seu material estará configurando um design de superfície que
envolve, reveste o objeto, pois se trata da aplicação de outro material, diferente
daquele que delimitava o produto. As frigideiras contemporâneas fabricadas pela
TVS ® (Figura 8) possivelmente foram produzidas desse modo.
Figura 8 : Frigideiras TVS - Linha Easypretty Décors.
Fonte: http://www.tvs-spa.it/default.asp?lang=ita
Os vasos contemporâneos de Marcel Wanders desenvolvidos para a Puma ®
apresentados na Figura 9 também são exemplos de designs de superfícies de
objetos com formas não planificáveis.
Figura 9: Vasos de Marcel Wanders
Fonte:Campos(2007).
34
As louças Oxford® apresentadas na Figura 10 também apresentam
desenhos que revestem os volumes dos produtos.
Figura 10: Conjunto de louça Oxford®
Fonte:www.oxford.ind.br
Cabe ainda ressaltar que, segundo Ruthschilling (2008, p. 43), “[...] o design
de superfície não se limita à inserção de desenhos, cores e texturas sobre um
substrato, cuja função principal seria apenas conferir qualidades às superfícies por
meio de projetos de revestimento [...]” como são os casos estudados nesta
pesquisa. Também existem projetos (Figuras 11, 12 e 13) onde o tratamento da
superfície é constituído, conforme Schwartz:
“[...] simultaneamente ao volume, numa relação intrínseca, para estruturar o
objeto. O objeto depende diretamente da relação entre superfície e volume,
só sendo completamente apreendido e caracterizado ao final desta
interação, quando somente então passa a existir como produto [...]”.
SCHWARTZ (2008, p. 20).
Figura 11: Bolsa de plástico Marie-Louise 2007
Fonte: Campos (2007).
Figura 12: Portable USB Karim Rashid 2006
Fonte: Campos (2007).
35
Figura 13: Sofá unitário Studioito de camadas de Corion 2006
Fonte:Campos(2007)
A esse tipo de superfície que se constrói junto com o volume Schwartz (2008,
p. 20) denominou de “superfície-objeto”. Esta pesquisa, no entanto, não pretende
deter-se na análise de distorções desse tipo de superfície, pois a verificação do
método de controle de distorção demandariam a produção de matrizes de
fabricação, que despenderia altos custos, e além disso, ter-se-ia que considerar
restrições processuais de fabricação complexas, como a extração do objeto
conformado da matriz. No entanto é esperado que alguns dos princípios abordados
nesta pesquisa possam ser utilizados como referência em projetos de superfície-
objeto.
2.3 SUPERFÍCIES PLANIFICÁVEIS
Embora esta pesquisa tenha como objetivo o estudo de superfícies não
planificáveis, faz-se necessário compreender inicialmente os principais aspectos
relacionados às planificáveis, para melhor poder visualizar aspectos gerais
importantes do design de superfície de objetos tridimensionais e, posteriormente,
identificar o que é característico das superfícies complexas, não passíveis de
planificação.
As superfícies planificáveis, também chamadas de desenvolvíveis, são
aquelas que podem ser planificadas com exatidão, ou seja, ao longo do processo de
planificação não sofrem nenhuma distorção e mantêm suas verdadeiras grandezas.
36
Segundo Mateus (2006, p. 11): “[...] quando uma superfície regrada pode ser
‘desenrolada’ para um plano, sem provocar ‘pregas’ ou ‘rasgos’, diz-se que a
superfície é planificável [...]”. Na prática do desenvolvimento de produtos ou de
rótulos de embalagens, no entanto, é comum rasgar (romper), a superfície em algum
ponto estratégico para desenrolá-la sobre um plano, sem que isso afete suas
verdadeiras grandezas.
Na Figura 14 está apresentado o exemplo de planificação de um prisma.
Figura 14: Planificação de um prisma
Fonte: a autora.
As superfícies de diretrizes poligonais - piramidais e prismáticas (Figura 14),
são exemplos de superfícies planificáveis, apresentadas com suas faces dispostas
lado a lado. Quando a superfície está fechada, constituindo um objeto tridimensional,
sua planificação depende da ruptura da superfície em algumas arestas. Essas
arestas, também chamadas de arestas de fechamento (pois se referem à posição
onde devem ser feitas as costuras na montagem da superfície), apresentam-se
duplicadas na planificação. (SILVA, 2004; TEIXEIRA, 2003).
Para qualquer que seja o tipo de superfície desenvolvível, o problema de
planificação (processo através do qual se desdobra uma superfície sobre um plano,
evitando-se, ao máximo, distorções e rupturas), fica reduzido à determinação das
verdadeiras grandezas das faces que compõem a superfície. (SILVA, 2004;
TEIXEIRA, 2003).
37
Uma superfície planificada é apresentada em uma única projeção e em
verdadeira grandeza. A verdadeira grandeza é a medida real que pode ser obtida de
uma entidade geométrica. É importante ressaltar que verdadeira grandeza consiste
em todas as medidas (integrando formato e área). Essa ressalva se faz necessária
para que não se confunda “verdadeira grandeza” com “área correspondente”.
A Figura 15 é utilizada para demonstrar que duas imagens podem possuir a
mesma área, mas, por terem formatos distintos, apresentam organizações dos
elementos compositivos de um design de superfície também diferentes um em
relação ao outro. Possivelmente essa consideração seja um tanto óbvia em relação
a superfícies desenvolvíveis, no entanto essa compreensão contribui para um maior
entendimento sobre o problema das superfícies não desenvolvíveis abordadas nas
próximas seções.
Figura 15: Imagens com áreas correspondentes e formatos distintos
Fonte: a autora.
As várias técnicas utilizadas para planificação de superfícies dizem respeito,
principalmente, à obtenção das verdadeiras grandezas das faces da superfície e do
transporte das respectivas geometrias para a posição de planificação.
Atualmente existem softwares que fazem a planificação automática de objetos
com geométrica planificável. O recurso de planificação dos objetos disponibilizados
por softwares, como o Pepakura, tem contribuído com o desenvolvimento de
produtos industriais (como o apresentado na Figura 16) de diversos segmentos
(TRUJILLO, 2007).
38
Figura 16: Compartimento de câmera
Fonte: Trujillo (2007).
Figura 17: Garrafas Termolar
Fonte: www.termolar.com.br
Na Figura 17, observa-se que a garrafa da esquerda possui uma área
impressa planificável, porém tem uma área disponível (não tratada) em seu corpo
que é não planificável. Próximo à tampa existe um afunilamento com uma leve curva
suficiente para tornar a superfície não passível de planificação sem rasgos.
Possivelmente por não possuir a mesma curvatura próxima à tampa, a garrafa da
direita foi impressa até o topo do corpo, demonstrando uma provável decisão de
projeto condicionada pelo processo de impressão plano.
Em design de superfície de objeto tridimensional desenvolvível, utiliza-se o
processo de planificação para elaborar os elementos das zonas de justaposição das
faces com facilidade, ou seja, através da planificação o designer consegue visualizar
a diagramação conjuntural dos elementos compositivos, verificando e construindo os
encaixes sem grandes dificuldades, garantindo que o projeto possua continuidade
2
e
contiguidade
3
visual.
2
“Continuidade: sequência ordenada e ininterrupta de elementos visuais dispostos sobre uma
superfície, garantindo o efeito de propagação.” RUTHSCHILLING (2008, p. 65).
3
“Contiguidade: harmonia visual na vizinhança dos módulos, estado de união visual.”
RUTHSCHILLING (2008, p. 65).
39
Os objetos tridimensionais apresentados nas Figuras 18 e 19 são construídos
a partir de desenhos de Mauritus Escher e expressam exemplarmente a fluência
visual entre as faces dos objetos. Demonstram também todo o estudo matemático
dos elementos compositivos em relação aos polígonos. Embora perceba-se um
trabalho árduo de diagramação dos elementos visuais, fica nítido que o processo de
planificação favoreceu o desenvolvimento do projeto, que não possui problemas de
montagem posterior, visto que as superfícies dos dois objetos são as mesmas em
verdadeira grandeza montadas (3D) ou planificadas (2D).
Figura 18: Objeto com superfície planificável desenho de Mauritus Escher
Fonte: Schattschneider e Walker (1997).
A planificação também favorece a construção de mock-ups para visualização
física do objeto tridimensional, podendo avaliar o resultado visual ainda em fase de
desenvolvimento. Por fim, e não menos importante, as superfícies desenvolvíveis
pelos processos de “planificação e montagem” e vice-versa não apresentam
dificuldades de impressão. São impressas no plano, e posteriormente, montadas,
sem que nenhuma face altere suas verdadeiras grandezas, apenas se deslocado no
espaço.
Figura 19: Objeto com superfície planificável desenho de Mauritus Escher
Fonte: Schattschneider e Walker (1997).
40
Em direção ao objetivo desta pesquisa cabe ainda apresentar um exemplo
que permite diferenciar claramente os dois tipos de superfícies aqui abordadas. Na
Figura 20, observam-se duas caixas. Ambas tiveram suas superfícies revestidas
com a mesma imagem. Na caixa da esquerda, tem-se um objeto tridimensional com
uma superfície desenvolvível, portanto, o desenho se mantém fluente em toda a
área do objeto. No entanto, na caixa da direita, pode-se notar uma saliência na
estrutura da caixa em sua face esquerda. Esse ressalto curvo (relevo) causou uma
distorção da mesma, exemplificando o problema abordado por esta pesquisa, que é
aprofundado nas próximas seções.
Figura 20: (a) Superfície planificável e (b) Superfície não planificável
Fonte: a autora
2.4 SUPERFÍCIES NÃO PLANIFICÁVEIS
As superfícies não planificáveis, também chamadas de não desenvolvíveis,
são aquelas não passíveis de serem planificadas com exatidão, isto é, ao longo do
processo de planificação sofrem distorção e não mantêm suas verdadeiras
grandezas.
São superfícies que, quando desenroladas sobre um plano, provocam pregas
ou rasgos. Se possuírem uma geometria menos complexa, podem apenas encolher
ou esticar tanto os materiais de que são constituídas quanto as imagens aplicadas
sobre esses materiais.
41
As principais superfícies não desenvolvíveis, do ponto de vista geométrico,
são: parabolóide hiperbólico, conóide e cilindróide (Figura 21). A diferença entre
essas superfícies está no tipo de curva das diretrizes. Essas superfícies só podem
ser planificadas por aproximação. O mesmo acontece com as superfícies de
revolução cônica, cilíndrica ou esférica. (SILVA, 2004; TEIXEIRA, 2003).
Figura 21: (a) Parabolóide Hiperbólico; (b) Cilindróide; (c) Conóide
Fonte: a autora
No mercado de produtos industriais existe uma grande quantidade de
superfícies não planificáveis que se assemelham às superfícies citadas. As
superfícies de revolução são, provavelmente, as mais comuns entre os produtos e
também entre as embalagens. As superfícies cônicas e cilíndricas, apesar de serem
superfícies de revolução planificadas somente por aproximação, na prática podem
ser consideradas desenvolvíveis. Isso porque, normalmente, são utilizadas apenas
as suas faces de maior visibilidade, que exigem somente uma ruptura (indicada em
vermelho nas Figuras 22 e 23). Mesmo assim, em determinados casos, dependendo
do que é especificado em projeto ou até mesmo do processo de fabricação utilizado,
a planificação pode ser dificultada.
42
As figuras 22 e 23 exemplificam a planificação de um cone e de um cilindro
respectivamente, sem intercorrência de distorções.
Figura 22: Embalagem com superfície cônica
Fonte: http://livinonmovin.wordpress.com/2008/09/20/aula-do-dia-0509/
Figura 23: Embalagem com superfície cilíndrica
Fonte: PRINGLES http://thefishgate.blogspot.com/2008/06/pringle-ashes.html
Os cilindros de impressão do setor têxtil (Figura 7) e do revestimento
cerâmico (Figura 24) também são exemplos de projetos desenvolvimentos no plano.
Figura 24: Cilindro de impressão de revestimento cerâmico
Fonte: http://www.system-group.it/ceramics/c_profilo.aspx
43
No entanto, a superfície esférica, que também é de revolução, consiste em
uma das geometrias mais complexas quanto à planificação. As Figuras 25 e 26
exemplificam dois métodos de planificação de uma esfera. A partir dessas
planificações (Figuras 25 e 26) pode-se visualizar alguns aspectos importantes
quanto ao design de superfície desse tipo de objeto, válidos também para outras
geometrias não desenvolvíveis. Percebe-se, por exemplo, que o designer não tem
mais o favorecimento do processo de planificação para visualizar o resultado final de
seu projeto no plano, visto que a superfície planificada apresenta muitas rupturas e
faces desintegradas, o que torna o projeto complexo em relação aos estudos de
encaixes dos elementos visuais entre as arestas.
Figura 25: Planificação aproximada da superfície esférica - método dos meridianos
Fonte: Barison (2009).
Figura 26: Planificação aproximada da superfície esférica - método dos paralelos
Fonte: Barison (2009).
44
Mesmo que o designer opte por projetar no plano com base nas planificações
mencionadas, o projeto estaria inadequado, primeiro, porque essa planificação seria
uma aproximação, podendo gerar resultados insatisfatórios; segundo, porque a
imagem resultante da planificação, mesmo que considerasse os encaixes, não
estaria apropriada para o processo de impressão pois a imagem, que deve ser
planificada para ser impressa, não pode apresentar rasgos ao envolver o objeto, o
que torna o problema ainda mais complexo.
Assim, entende-se que, por um lado, o designer não consegue projetar no
plano e simplesmente aplicar a imagem desenvolvida no objeto tridimensional como
nas superfícies desenvolvíveis, o que dificulta a visualização do projeto, e, por outro,
ele também não pode dispensar a planificação, pois os processos de impressão
atuais de produtos industriais com formas complexas constituem-se, basicamente
ainda, na impressão da imagem no plano e sua posterior adaptação na forma
tridimensional do objeto.
Essas restrições juntas sugerem que o mais apropriado seria a geração de
uma imagem plana sem rasgos que considerasse as distorções ainda no plano, de
modo a evitá-las (por compensação) quando essa mesma imagem fosse
conformada no objeto tridimensional. Assim, se a imagem gráfica bidimensional está
adequada no plano e, ao envolver o objeto tridimensional não planificável, fica
distorcida, seria lógico distorcer a imagem gráfica bidimensional no plano para que,
ao revestir o objeto tridimensional não planificável, as distorções fossem
compensadas.
Diante desse entendimento indutivo, o escopo da pesquisa restringe-se na
definição de um método que indique as distorções específicas, que devem ser feitas
na imagem plana, para que essa compensação possa de fato ocorrer. Para tanto, é
necessário estudar e compreender o fenômeno das distorções. É preciso entender
por que uma imagem bidimensional distorce seus elementos visuais ao se conformar
num objeto tridimensional com geometria não planificável.
Em se tratando de produtos industriais, a principal causa das distorções é a
não correspondência de geometria da superfície plana em relação à superfície do
objeto tridimensional não desenvolvível. Ressaltando que a geometria consiste em
45
todas as medidas (distâncias, áreas, ângulos) das superfícies envolvidas a que
reveste e a revestida.
Na Figura 27, tem-se uma imagem plana e uma semi-esfera revestidas com a
mesma imagem. Ambas as superfícies, a plana e a da semi-esfera, possuem a
mesma área, no entanto as distorções permanecem, demonstrando que o problema,
neste caso, não é a não correspondência de área, mas sim a não correspondência
de geometria das duas superfícies. Isso não significa que a correspondência de área
não seja importante, pelo contrário, seria um agravante das distorções caso não
fosse considerada.
Figura 27: Superfícies com áreas correspondentes
Fonte: a autora
Pode-se entender, então, que para cada volume há uma superfície
correspondente com uma imagem específica, e que quanto mais curva e complexa
for a superfície desse volume (objeto tridimensional não desenvolvível) mais
distorcida ficará a imagem bidimensional aplicada, caso seja gerada sem a
consideração das diferenças de geometria das superfícies, uma em relação à outra.
46
2.5 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE SUPERFÍCIES NÃO PLANIFICÁVEIS
Esta seção tem por objetivo expor exemplos reais de produtos com
geometrias não planificáveis e apresentar os processos de fabricação industrial de
alguns destes produtos, de modo a deixar ainda mais claro o problema estudado .
Com os avanços alcançados pela tecnologia de impressão, as empresas
ampliam sua capacidade de proporcionar superfícies esteticamente atraentes.
Segundo Pereira (2005), são aplicados, atualmente, no Brasil, diversos processos
de tratamento de superfície em objetos dos mais distintos seguimentos, todos com
vantagens e desvantagens.
Na atualidade, objetos com geometrias não planificáveis normalmente têm
suas superfícies tratadas através de processos como: tampografia, hot stamping,
heat transfer, sleeve, in mold label, serigrafia, off-set. No entanto neste trabalho são
apresentados apenas alguns desses citados, ou seja, somente aqueles que são
utilizados no tratamento de superfícies dos três produtos estudados.
No intuito de organizar esta seção de modo que alcance seus objetivos, ela
se encontra dividida por tipos diferentes de produtos quanto aos seus materiais. São
eles: produtos de cerâmica, produtos de metal e produtos de polímero; sendo
considerados apenas produtos com superfícies não desenvolvíveis.
Como já colocado na introdução e seção 1.1, ao longo desta pesquisa, fez-se
visitas a fábricas que produzem produtos com o tipo de geometria estudada. Nessas
fábricas procurou-se analisar os processos de fabricação dos produtos e os métodos
de projeto de superfície adotados. Algumas das informações descritas nesta seção
procedem da observação dos processos de fabricação destas indústrias e
entrevistas com funcionários das mesmas.
2.5.1 Produtos com superfícies não planificáveis de cerâmica
Atualmente, as empresas de fabricação de produtos cerâmicos com produção
em série produzem objetos com geometrias simples e complexas. Muitos dos
47
produtos com geometrias complexas têm suas superfícies tratadas de forma
localizada, isto é, são aplicados adesivos ou impressões em áreas pequenas (não
contínuas), de modo a evitar aplicações em curvaturas acentuadas. No entanto isso
não é uma regra geral, vários são os exemplos de produtos que têm suas
superfícies tratadas de modo a cobrir uma área significativa do objeto, o que
evidencia ainda mais as distorções.
As louças da Cerâmica Oxford® na Figura 28 são exemplos de produtos com
geometria não desenvolvível. Observa-se que os pratos, por exemplo, possuem
curvaturas leves em relação ao plano; deste modo, em regra, não sofrem distorções
visuais significativas. Já as tigelas são exemplos representativos de superfícies
cerâmicas não planificáveis que possuem problemas de distorção de imagem, pois
possuem uma geometria complexa: trata-se de uma semi-esfera, que representa na
prática os problemas abordados na seção 2.4, no exemplo da planificação da esfera.
Figura 28: Louças da Cerâmica Oxford®
Fonte: www.oxford.ind.br
A Figura 29 também exemplifica uma superfície não desenvolvível de
cerâmica, no que se refere ao prato que serve de suporte das duas xícaras. As
xícaras que têm superfícies desenvolvíveis possivelmente não tiveram problemas de
distorções. Este exemplo do prato ilustra um aspecto importante do design de
superfície, ou seja, que dependendo do projeto, em relação ao tipo de imagem, as
distorções podem ser percebidas com maior ou menor intensidade. Neste caso, as
irregularidades da imagem baseada nos mosaicos de Gaudí permitem que as
distorções, se de fato existem, não sejam percebidas.
48
Figura 29: Cerâmica inspirada na obra de Antoni Gaudí
Fonte: produto adquirido na La Pedrera em Barcelona (designer desconhecido)
Para apresentar um dos processos de impressão, selecionou-se a tigela
representada na Figura 30 como instrumento de demonstração.
Figura 30: Tigela de cerâmica - Estudo de caso desta pesquisa
Fonte: Tigela Oxford®
Os produtos de cerâmica, normalmente, são conformados em prensas
hidráulicas e submetidos a uma queima na qual adquirem resistência mecânica
suficiente para suportar o processo de tratamento de superfície. Suas superfícies,
podem ser tratadas, além dos esmaltes de cobertura, com adesivos ou com
impressões feitas no objeto a partir de uma imagem bidimensional. Depois de terem
49
suas superfícies tratadas, os produtos cerâmicos são levados novamente ao forno,
onde os materiais são vitrificados.
Geralmente, utilizam-se os adesivos para superfícies planificáveis ou não
planificáveis com curvas tênues, ou ainda em áreas localizadas, como já foi
colocado. Esse posicionamento técnico de projeto, normalmente, deve-se ao fato de
que o adesivo é bidimensional e, ao ser aplicado em uma superfície não
desenvolvível complexa, com curvatura acentuada, fica com pregas, pois não
consegue se adequar facilmente à superfície do objeto, como ilustra a Figura 31
numa simulação de aplicação de uma imagem plana na superfície curva do objeto.
Figura 31: Simulação de aplicação da imagem plana na superfície curva do objeto
Fonte: a autora
Porém, tanto com os adesivos quanto com as impressões, podem ocorrer
distorções visuais ao aplicar-se a imagem bidimensional na superfície do objeto
tridimensional. A variável, frequentemente, é a complexidade geométrica da peça.
Para os casos com curvas intensas o processo de impressão tampográfico é
o mais indicado, principalmente quando se refere a imagens que cobrem uma área
expressiva do objeto de modo contínuo.
Segundo Manzini (1993), neste sentido a tampografia é a melhor técnica, pois
alia a facilidade de impressão a uma maior liberdade formal da superfície. O
processo consiste em imprimir uma imagem num suporte plano e transferi-la em
seguida para o suporte final, já conformado.
50
A seguir, tem-se o passo-a-passo desse processo:
Passo 1 - uma imagem é impressa
em um suporte plano, normalmente
através de uma tela serigráfica ou
de um clichê em baixo relevo, onde
essa imagem bidimensional está
gravada.
Passo 2 - um bloco flexível
(geralmente de silicone,
usualmente identificado como
tampão, retém a tinta do suporte
plano (a imagem impressa).
Passo 3 - o bloco de silicone se
desloca através de um cabeçote
flexível até ao objeto no qual se
pretende fazer a impressão final.
Passo 4 - devido à sua
flexibilidade, o bloco de silicone
adapta-se à superfície complexa do
objeto, imprimindo a imagem sobre
a superfície do produto.
Figura 32: Processo de impressão tampográfico
Fonte: Pereira (2005) adaptado pela autora
51
Para exemplificar o problema das distorções com um produto real,
selecionou-se esta imagem (Figura 33) para ser aplicada no interior da tigela, nota-
se que existem três círculos perfeitos na composição da arte final.
Figura 33: Imagem bidimensional
Fonte: Imagem da Cerâmica Oxford® cedida para esta pesquisa
Pelo processo de tampografia essa imagem é impressa num suporte plano e
transferida em seguida para o suporte final através de um bloco flexível de silicone.
Com a impressão final realizada, percebe-se na Figura 34 que dois dos três círculos,
já não são mais círculos, mas sim elipses, demonstrando a ocorrência de distorções.
Isso ocorre porque a imagem plana, ao ser impressa no objeto, fica com sua
geometria alterada.
Figura 34: Tigela com distorções visuais
Fonte: Tigela de cerâmica Oxford®
Considerando as dificuldades de se integrar o plano com o tridimensional, a
tampografia pode realmente estar entre os melhores processos, pois através da
flexibilidade do bloco de silicone consegue romper com os limites existentes entre
uma superfície plana e uma superfície tridimensional com curvatura complexa.
52
Porém as distorções, causadas pela não correspondência de geometria das
superfícies envolvidas, permanecem. Com esse exemplo prático verifica-se que o
adequado seria uma imagem plana distorcida que, ao ser aplicada no objeto
compensasse as distorções. A Figura 35 (b) demonstra como seria essa distorção
ainda no plano (ponto que é desenvolvido na seção 2.6.3).
Figura 35: (a) Imagem original; (b) Imagem 2D distorcida
Fonte: Imagens da Cerâmica Oxford® manipuladas pela autora
É importante ressaltar que embora, nesta pesquisa, esse processo de
impressão seja apresentado junto aos produtos cerâmicos, a tampografica pode ser
realizada em objetos de plástico, metal, vidro, madeira, couro, etc. Normalmente, é
utilizada na indústria de utensílios domésticos, de brinquedos, de brindes em geral,
de embalagens, de calçados e outros.
Segundo Pereira (2005), o processo de impressão tampográfico ampliou o
campo de aplicações ora existentes. A tampografia viabiliza imprimir facilmente
qualquer objeto; sua principal vantagem é a versatilidade quanto às superfícies dos
objetos. O processo adapta-se a superfícies irregulares em baixo e alto relevo,
côncavas e convexas, desenvolvíveis e não desenvolvíveis. Além disso, possui alto
nível de legibilidade, alta produção, completa automatização e possibilidade de
reprodução com retícula e quadricromia.
53
2.5.2 Produtos com superfícies não planificáveis de metal
Muitas são as empresas que têm se utilizado do design de superfície como
recurso de vantagem competitiva, apostando na diferenciação de produtos. Essa
situação é visível também entre empresas que produzem produtos em metal.
Exemplos representativos que comprovam essa observação são as frigideiras da
empresa Tramontina® (Figura 36), que se destacam por suas cores e possibilidades
de tratamento de superfície. Embora sejam superfícies não desenvolvíveis,
provavelmente não sofram distorções visuais graves, visto que possuem uma
curvatura suave.
Figura 36 - Frigideiras Tramontina® - Linha Vivacor
Fonte:www.Tramontina.com.br
Embora este estudo circunscreva-se à área de atuação do design de
superfície, seu objeto de pesquisa estende-se também para outras especialidades
do design, que não podem deixar de ser citadas, como, por exemplo, as
embalagens. Exemplos expressivos que evidenciam o quanto as embalagens têm
evoluído em relação ao tratamento de superfícies e, principalmente, em geometrias
diferenciadas e complexas, são as latas expandidas da linha de produtos Nestlé®
(Figura 37).
Figura 37: Embalagens expandidas Nestlé
®
Fonte: Acervo Curso de Pós-Graduação em Gestão Estratégica de Embalagem da
ESPM de São Paulo
54
Ainda em fase exploratória desta pesquisa, quando se buscava entender o
problema e verificar se o estudo justificava-se, teve-se a oportunidade de entrevistar
o professor e designer Fábio Mestriner, autor do projeto de design de embalagem
das latas expandidas Leite Moça e Nescau, ambas da Nestlé® . Naquela ocasião,
teve-se acesso ao estudo de caso das latas expandidas, pertencente ao acervo do
Curso de Pós-Graduação em Gestão Estratégica de Embalagem da ESPM de São
Paulo, e apresentado a essa instituição pela CSN, parceira da Nestlé® nesse
projeto. Analisando o documento, pode-se constatar as dificuldades de projeto
relacionadas às distorções. Através da Figura 38, nesses protótipos experimentais,
percebe-se que realmente, para cada volume, há uma superfície correspondente.
Nota-se que foi utilizada uma malha estrutural com círculos como referencial de
indicação das distorções ocorridas com a expansão.
Figura 38: Protótipos experimentais da latas expandidas Nestlé®
Fonte: Acervo Curso de Pós-Graduação em Gestão Estratégica de Embalagem da
ESPM de São Paulo
Na Figura 39, tem-se a visualização de como as latas são expandidas numa
máquina de expansão de testes. Percebe-se que as latas já estão impressas antes
de serem expandidas.
Figura 39: Máquina de expansão de protótipos
Fonte: Acervo Curso de Pós-Graduação em Gestão Estratégica de Embalagem da
ESPM de São Paulo
55
As latas expandidas Nestlé® demonstram que existe uma importante
diferença entre os cerâmicos e os metais não planificáveis. Nos cerâmicos, o objeto
é conformado, e posteriormente faz-se a impressão. Já nos metais, a arte é
impressa numa chapa de metal plana; quando esta é conformada, a imagem
aplicada desloca-se junto com o substrato, nesse caso a chapa. Isso não significa
que produtos de metal não possam ter suas superfícies tratadas através de outro
processo de impressão, em que o objeto já está constituído, como, por exemplo, o
processo tampográfico utilizado na tigela de cerâmica.
Para apresentar um dos principais processos industriais de produtos de metal
selecionou-se a chaleira representada na Figura 40, que possui uma curvatura
acentuada em relação ao plano. Essa não correspondência de geometria entre a
plana e a tridimensional pode ser observada na Figura 41, onde se simula a imagem
plana revestindo o objeto.
Figura 40: Produto selecionado para estudo de caso desta pesquisa
Fonte: Chaleira Tramontina®
Figura 41: Simulação de aplicação da imagem plana na superfície curva do objeto
Fonte: a autora
56
Analisando-se a simulação da imagem plana envolvendo a chaleira na Figura
41, pensa-se ser impossível a adequação de qualquer desenho plano nesse objeto,
mas, quando se entende o processo de impressão e conformação do produto,
passa-se a visualizar com mais clareza tanto as possibilidades quanto os problemas
envolvidos num projeto de superfície como esse.
Por isso, nos próximos parágrafos são apresentadas as etapas mais
significativas dos processos envolvidos na constituição dessa chaleira. As etapas
são abordadas de maneira superficial, mas o suficiente para esclarecer o estudo em
questão: as distorções.
O primeiro passo consiste na impressão de um disco metálico, comumente
chamado de blank. A imagem é aplicada no disco através do processo de impressão
serigráfico (silk screen), como está ilustrado na Figura 42, onde a tela serigráfica
com a imagem gravada está sobre o disco de metal já impresso.
Figura 42: Impressão serigráfica sobre o blank
Fonte : a autora
Posteriormente, segundo Batalha (2003), o “[...] blank é colocado sobre uma
matriz e é comprimido para o seu interior através de um punção, geralmente de
forma cilíndrica. À medida que o punção avança sobre o blank, o metal em contato
com o punção acomoda-se em torno do seu perfil.”
A sequência do processo pode ser visualizada na Figura 43, onde por
pressão o punção empurra o blank para dentro da matriz. Conforme Batalha (2003),
na região de formação do copo no interior da matriz, empregam-se normalmente
folgas e lubrificações para evitarem-se efeitos de atrito. A esse processo de
conformação geralmente se dá o nome de estampagem profunda.
57
Figura 43: Processo de estampagem profunda da chaleira (conformação)
Fonte: Batalha (2003) adaptado pela autora
Na Figura 44, têm-se exemplos reais dos resultados físicos de cada etapa do
processo acima descrito. Na esquerda, tem-se o disco metálico já serigrafado; no
meio tem-se o copo conformado e a imagem já distorcida, porém com a tinta em
perfeito estado; e na direita tem-se o mesmo copo do meio, entretanto com uma
segunda conformação.
Figura 44 : Resultados físicos das etapas do processo de conformação da chaleira
Fonte: Protótipo de referência produzida para esta pesquisa
Através deste exemplo é possível visualizar que o problema nos metais
também sugere como solução uma imagem bidimensional que contemple no plano
as compensações exatas das distorções ocorrentes na superfície tridimensional.
Esse exemplo deixa ainda mais claro o problema desta pesquisa: como desenvolver
um método que consiga evitar ou minimizar essas distorções evidentes na chaleira?
Ou ainda, como definir essa imagem bidimensional com distorções compensatórias
específicas?
58
2.5.3 Produtos com superfícies não planificáveis de polímero
Entre os polímeros as opções de objetos com superfícies não planificáveis
são ainda maiores. A todo momento surge um grande número de embalagens com
formatos tridimensionais diferenciados e com superfícies não desenvolvíveis.
Grandes marcas como Royal® e Hellmann’s® (Figura 45) são exemplos de inovação
no ponto-de-venda através de modificações de formato tridimensional de suas
embalagens.
Figura 45 : Embalagens de polímero com geometria não desenvolvível
Fonte: Hellamann’s - http://www.hellmanns.com.br/home/
Fonte: Royal - http://www.naritadesign.com.br/html/portifolio_det.php?23_2
Vários são os processos de tratamento de superfícies não desenvolvíveis de
polímeros, entre eles, sleeve, in mold label, shrink, etc. No entanto esses processos,
usualmente utilizados em embalagens, não são considerados neste estudo, porém
espera-se que os princípios abordados nesta pesquisa possam ser utilizados em
projetos de embalagem com diferentes tipos de processos de tratamento de
superfícies.
A indústria calçadista é outro exemplo de segmento que fabrica produtos com
superfícies não desenvolvíveis em polímeros. Na Figura 46, percebe-se que a
imagem está distorcida na lateral tanto no rosto da Hello Kitty® quanto nos
quadrados da imagem, configurando a presença do problema estudado.
59
Figura 46 - Sandália de polímero
Fonte: Grendene®
Para apresentar um dos processos de impressão utilizado em polímeros
selecionou-se a sandália apresentada na Figura 47. Analisada isoladamente, isto é,
sem considerar as restrições de processo de tratamento da superfície, pode ser
considerada uma superfície praticamente planificável como apresenta a figura 48.
No entanto seu processo de tratamento de superfície limita essa opção, pois separar
as faces laterais da face de topo torna a imagem inadequada. Isso demonstra que
um produto até pode ser aparentemente simples de planificar, com poucos recortes,
mas dependendo do seu processo de impressão ele também pode ter sérios
problemas de distorção visual, como é o caso desta sandália, que devido a sua
complexidade formal (forma assimétrica) torna o problema ainda mais grave e difícil
de ser solucionado.
Figura 47: Sandália de Polímero estudo de caso desta pesquisa
Fonte: Sandália Grendene®
Figura 48: Planificação da sandália
Fonte: a autora
60
Para que se possa visualizar a não correspondência de geometria entre as
superfícies construiu-se a simulação de uma imagem envolvendo a sandália
apresentada na Figura 49. Percebe-se que as pregas se sobrepõem principalmente
nas partes da frente e de trás da sandália, indicando as posições mais críticas em
relação às distorções.
Figura 49: Simulação de aplicação da imagem plana na superfície curva do objeto
Fonte: a autora
A Figura 49 também simula o que ocorre no processo de impressão da
sandália, que é revestida por uma película plana a partir de seu topo. Isso justifica
por que o processo de planificação das faces laterais separadas da face de topo não
resolve o problema deste caso, pois a sandália é revestida com uma única imagem
que cobre todas as faces de uma só vez.
Na Figura 50 está apresentado o passo a passo do processo de tratamento
da superfície da sandália.
Esta técnica pode ser comparada ao que Manzini (2003, p.198) define como
“[...] estampagem a quente (hot stamping), baseia-se no princípio do decalque [...]”:
De acordo com Manzini (2003), trata-se uma película de suporte flexível sobre a
qual foi reproduzida a imagem a imprimir. Esta película plana com a imagem
reproduzida, que pode ser visualizada na Figura 50 (passo 2), é colocada sobre a
superfície do objeto (sandália) e premindo sobre a imagem um bloco flexível quente
com a forma apropriada, provoca-se o tratamento da superfície da sandália, que
pode ser observado na Figura 50 (passos 3 e 4).
61
Figura 50: Processo de tratamento de superfície da sandália
Fonte: a autora
Na Figura 51, tem-se um exemplo executado em unidade fabril que apresenta
o resultado real do processo acima descrito, apontando os pontos com maiores
distorções visuais.
Figura 51: Protótipo de referência
Fonte: Produzido para esta pesquisa
62
2.6 RECURSOS COMPUTACIONAIS
Nesta seção, são apresentados diversos recursos da computação gráfica
importantes no contexto do presente trabalho. Esses recursos contribuem como
ferramentas para controlar as distorções causadas pela não correspondência de
geometria entre a superfície plana que reveste e a superfície tridimensional
revestida. Assim, recursos computacionais como “superfícies paramétricas”,
“processo de texturização
4
computacional” e “render to texture” são apresentados
nesta seção.
A indústria de desenhos animados e games tridimensionais costumam utilizar
com frequência estes recursos computacionais para melhorar o realismo de suas
imagens, buscando maneiras de finalizar adequadamente a aparência das
superfícies de seus produtos. Nesta pesquisa, estuda-se a possibilidade de
direcionar essas ferramentas computacionais projetadas pela computação gráfica e
comumente utilizadas no desenvolvimento de produtos virtuais como os citados
acima, para a indústria de produtos físicos manufaturados produzidos em série.
No que se refere ao tratamento de superfícies, os produtos virtuais possuem
algumas facilidades, tais como os recursos de “camuflagem” de imperfeições, como,
por exemplo, quando se posiciona o defeito em um lugar onde o observador não
consegue perceber. Já os objetos físicos podem ser analisados com acuidade,
tocados e examinados em todos os ângulos. No ponto-de-venda, normalmente,
dividem a atenção do consumidor com produtos concorrentes, e não como em geral
ocorre com a computação gráfica, com um cenário rico e com outros elementos aos
quais os objetos se integram. Todos esses aspectos contribuem para que o projeto
de superfície desses produtos físicos seja ainda mais criterioso em relação aos
detalhes de distorções indesejáveis.
4
EmComputaçãoGráfica,texturassãopropriedadesdesuperfíciedepontoapontoparadaràaparênciade
superfíciealgumdetalhequenãoestádefatopresentenageometriadasuperfície.Nestetrabalho,éutilizado
otermotexturaconformeaComputaçãoGráficaapenasnestaseção,porserotermocorrentedessa
áreado
conhecimento,noentanto,nasdemaisseções,éutilizadaapalavra“imagem”.
63
Na sequência desta seção tem-se a apresentação dos recursos
computacionais que se pretende adaptar ao tratamento de superfícies não
desenvolvíveis de produtos manufaturados.
O software de modelagem tridimensional utilizado nesta pesquisa é o 3D Max
2009 da Autodesk. Softwares como o Blender, Maya possivelmente disponibilizam
os recursos aqui apresentados.
Embora esta pesquisa delimite-se entre as superfícies não planificáveis,
optou-se, para a demonstração dos principais recursos considerados importantes
para a pesquisa, por um modelo com superfície desenvolvível um cilindro. Fez-se
esta opção para facilitar a compreensão das ferramentas que são empregadas em
superfícies não desenvolvíveis no capítulo 4 deste trabalho.
2.6.1 Superfícies Paramétricas
As superfícies paramétricas contribuem nesta pesquisa como uma ferramenta
computacional que promove uma integração entre os espaços bi e tridimensional, de
modo a oferecer um maior controle sobre as distorções visuais.
A representação paramétrica de superfícies foi desenvolvida para viabilizar a
manipulação de objetos tridimensionais complexos no meio computacional, em
especial para a indústria automotiva (Bézier, 1966 apud Teixeira, 2003).
Conforme Teixeira (2003), neste tipo de representação, a superfície é definida
por equações que relacionam um domínio paramétrico, plano e com dimensões
normalizadas, e o espaço tridimensional euclidiano. Para cada uma das dimensões
(x, y e z) do espaço tridimensional, existe uma equação que faz a relação com o
espaço paramétrico bidimensional de coordenadas u e v. Assim, cada ponto do
domínio tridimensional tem um correspondente no domínio paramétrico na forma:
S(u,v)=[ x(u,v) y(u,v) z(u,v)], como mostrado na Figura 52.
64
Figura 52: Mapeamento de uma superfície tridimensional para um espaço paramétrico
Fonte: Miranda et al
O espaço paramétrico é normalizado, correspondendo geralmente a um
quadrado com dimensões unitárias variando entre 0 e 1 (TEIXEIRA, 2003).
Na Figura 53, observa-se essa correspondência de pontos. Do lado esquerdo,
tem-se a representação do espaço euclidiano do objeto, onde o ponto vermelho
representa uma posição (x, y e z) da superfície do cilindro tridimensional, enquanto
que do lado direito tem-se a representação do espaço paramétrico onde o ponto
vermelho indica a posição (u, v) da superfície planificada do cilindro. Na
representação do espaço paramétrico também está apresentado o quadrado com
intervalo de 0 a 1 em u e v.
Figura 53: Correspondência entre o espaço tridimensional e o espaço paramétrico
Fonte:a autora
65
2.6.2 Processo de Texturização Computacional
Catmull (1974 apud Ebert et al 2003) gerou as primeiras imagens em
computação gráfica texturizadas, a partir de superfícies paramétricas, representadas
como recortes (patches) paramétricos. Com as pesquisas de Catmull, a
correspondência do espaço bidimensional para o tridimensional passou a indicar,
também, que uma imagem bidimensional pode ser facilmente mapeada em uma
superfície tridimensional. Os parâmetros (u, v) de qualquer ponto no recorte podem
ser usados para calcular uma localização de pixel correspondente na imagem.
Na Figura 54, observam-se dois recortes (ou polígonos vermelhos)
selecionados no espaço tridimensional e suas correspondências no espaço
paramétrico.
Figura 54: Correspondência entre o espaço tridimensional e o espaço paramétrico
Fonte: a autora
Percebe-se que uma imagem bidimensional (Figura 55) foi aplicada ao objeto;
essa imagem é quadrada e preenche a área (1 x 1) do espaço paramétrico. Pelos
números que fazem parte da imagem, pode-se observar como ela está mapeada no
objeto tridimensional e onde sua planificação está localizada no espaço paramétrico.
66
Figura 55: Imagem bidimensional em formato quadrado
Fonte: a autora
De acordo com Möller, Haines e Hoffman (2008), o primeiro passo no
processo de texturização de um objeto tridimensional, em computação gráfica,
consiste na obtenção da localização da superfície no espaço tridimensional e sua
projeção no espaço paramétrico bidimensional (u, v) através da utilização de
funções de projeção. Na Figura 56 tem-se uma projeção planar, representada pelo
polígono amarelo sobre o cilindro no espaço euclidiano.
Figura 56: Projeção Planar
Fonte: a autora
Uma função de projeção (projector function), conforme Möller, Haines e
Hoffman (2008), é aplicada ao objeto tridimensional para obter um conjunto de
números, chamados valores do espaço paramétrico ou mapa de textura, que serão
usados para acessar a textura. Esse processo é denominado mapeamento, o que
gera a expressão mapeamento de textura.
67
As superfícies paramétricas têm um conjunto natural de valores (u,v) como
parte de sua definição. Dessa forma, quando se constrói um objeto com superfície
paramétrica, já se está definindo também os valores do espaço paramétrico
correspondente. No entanto, durante o processo de texturização, normalmente é
necessário localizar a superfície tridimensional e projetá-la no espaço paramétrico,
construindo um novo mapa de textura, diferente daquele fornecido naturalmente pela
superfície paramétrica do objeto tridimensional, principalmente quando o objeto
possui uma superfície não desenvolvível, o que em geral exige do designer
execuções estratégicas no uso de funções de projeção. A Figura 57 apresenta no
espaço paramétrico o mapa de textura original do cilindro do lado esquerdo.
Figura 57: Mapa de textura original da superfície paramétrica do cilindro
Fonte: a autora
De acordo com Möller, Haines e Hoffman (2008), softwares de modelagem
geralmente permitem que designers definam coordenadas (u, v) por vértice. Essas
coordenadas podem ser reconstruídas a partir de funções de projeção (como já foi
mencionado) ou a partir de algoritmos de “desembrulho de malha” (mesh
unwrapping algorithms). Designers podem editar coordenadas (u, v) da mesma
maneira como eles editam posições de vértices na malha geométrica do modelo.
É importante ressaltar que o mapa de textura no espaço paramétrico é
representado por uma malha bidimensional com o mesmo número de vértices ou
polígonos da malha geométrica do modelo no espaço tridimensional. Quando os
vértices (u, v) são acionados com o objetivo de editar a posição da imagem sobre a
68
superfície do objeto tridimensional, de acordo com o que se espera do projeto, essa
função não altera a geometria do objeto, apenas reposiciona a imagem na superfície
do mesmo. Isso demonstra que a correspondência entre os dois espaços dá-se
sobre a superfície do objeto, não alterando sua geometria
5
.
Conforme Pagán (2001 apud Möller, Haines e Hoffman, 2008), uma única
função de projeção pode ser suficiente para todo o modelo, mas o designer
geralmente tem que usar ferramentas para subdividir o modelo e aplicar várias
funções de projeção em separado.
As funções de projeção comumente usadas em programas computacionais de
modelagem tridimensional incluem projeções esféricas, cilíndricas e planares. Na
Figura 58, apresenta-se uma projeção esférica (representada por três elipses em
amarelo) que lança pontos sobre uma esfera imaginária centrada em torno do
objeto.
Figura 58: Projeção esférica
Fonte: a autora
Nota-se, por exemplo, que a projeção esférica não é a mais apropriada para o
cilindro, pois gerou um mapa de textura com uma curva que altera completamente a
5
Mapeamentos de texturas também podem alterar a geometria do objeto, como, por exemplo, os
mapeamentos de rugosidade (bump-mapping) introduzidos por Cook (1984 apud Möller, Haines e
Hoffman,2008), no entanto esta pesquisa se delimita a mapeamentos que não modificam a forma do
modelo. O mapeamento de rugosidade de Cook não se refere ao bump-mapping que apenas simula
a rugosidade e não altera a geometria do objeto.
69
imagem sobre a superfície do cilindro, que é uma superfície facilmente planificável.
A opção pela projeção esférica fez com que a imagem se distribuísse de forma
distorcida sobre a superfície tridimensional do objeto. Esse fato não reduz a utilidade
que uma projeção esférica possa ter ao gerar mapas de textura para cilindros como
esse do exemplo, ou seja, tudo depende do que se espera do projeto.
Em alguns projetos de superfícies as distorções visuais da imagem sobre o
objeto tridimensional podem ser parte integrante (e desejada) do projeto. Isso,
reforça a contribuição desta pesquisa, pois o objetivo é obter o controle das
distorções, para mais ou para menos, dependendo do projeto.
A projeção cilíndrica (Figura 59) está representada pelo cilindro amarelo com
a mesma geometria do objeto. Essa projeção é útil para objetos que tenham um eixo
de revolução (Möller, Haines e Hoffman, 2008).
Figura 59: Representação de projeção cilíndrica
Fonte:a autora
Para evitar distorções, a função de projeção cilíndrica é a mais indicada para
o presente caso. Com ela, possivelmente o mapa de textura não necessite de
alterações no processo de aplicação da imagem na superfície do objeto.
Já a projeção planar opera como um projetor de slides, pois a imagem é
projetada ao longo de uma direção (Figuras 60 e 61 - polígonos em amarelo). É um
tipo de projeção ortogonal. A posição e escala das projeções no espaço em relação
70
ao objeto podem ser alteradas, como se observa nas Figuras 60 e 61. Ambas são
planares, no entanto, devido aos formatos distintos e pelas suas posições em
relação ao objeto, podem gerar mapas de texturas diferentes.
Figura 60 - Representação de projeção planar
Fonte: a autora
Figura 61 - Representação de projeção planar
Fonte: autora
Segundo Möller, Haines e Hoffman (2008), a função de projeção planar é
comumente usada para gerar mapas de textura de personagens (de games ou de
desenho animado), tratando o modelo como um boneco de papel no qual se aplicam
(por colagem) texturas separadas em sua frente e costas. Como há distorções
severas para superfícies que estão localizadas transversalmente ou de perfil para a
71
projeção, o designer, com frequência, deve decompor manualmente o modelo em
partes planares.
Como já foi mencionado, de acordo com Möller, Haines e Hoffman (2008),
mapas de texturas podem ser gerados a partir de algoritmos que promovem o
“desembrulho de malha” (mesh unwrapping) ou a decomposição do modelo em
diversas partes a partir da utilização de um conjunto apropriado de projeções
planares.
Na Figura 62 (b) encontra-se um mapa de textura gerado a partir de conjunto
de projeções planares. Essa ação decompôs a superfície do cilindro em 16 partes
planares. Essas 16 partes apresentadas na Figura 62 (b), devem, posteriormente,
ser conectadas (costuradas) entre si, dentro das possibilidades de cada projeto, para
que se mantenha a continuidade do mapa de textura. A descontinuidade do mapa
gera uma aplicação da imagem na superfície do objeto tridimensional fragmentada,
como a apresentação na Figura 62 (a).
Figura 62: Decomposição da superfície do cilindro em 16 partes planares
Fonte: a autora
72
Na Figura 63, percebe-se que o objeto possui em sua superfície algumas
linhas verdes. Essas linhas representam as desconectividades do mapa de textura,
também indicadas no espaço paramétrico. Na parte inferior da Figura 63, têm-se
duas arestas (uma vermelha e outra azul) indicando a próxima costura. O traço
vermelho indica a aresta de fechamento e a posição onde ocorrerá a costura
(conexão) com a aresta azul. A conectividade é importante porque podem aparecer
ruídos de amostragem ao longo da imagem aplicada, e cada vértice partido também
pode provocar a duplicação de dados.
Figura 63: Desconectividades na malha (u, v) representadas pelas linhas verdes
Fonte: a autora
Outro ponto importante em relação à texturização de objetos é a classe de
funções de correspondência. Sabe-se que uma imagem aparece na superfície onde
(u, v) está no intervalo (0, 1). O comportamento da textura fora desse intervalo é
determinado pelo tipo de função de correspondência. Existem alguns tipos diferentes
de função de correspondência, sendo que nesta pesquisa optou-se pela função
normalmente utilizada como padrão (default) no programas de modelagem, na qual
a imagem se repete fora do intervalo de (0, 1), tanto na direção horizontal quanto na
vertical. Essa função é útil para fazer a imagem de um material cobrir uma superfície
repetidamente (tile), tornando-se uma forma simples de acrescentar detalhes visuais
a uma cena. (Möller, Haines e Hoffman, 2008)
73
Os diferentes tipos de funções de correspondência podem ser comparados
com os sistemas de repetição de módulo em design de superfície, sendo que no
espaço paramétrico o módulo é a imagem dentro da área de 1 x 1.
Nas Figuras 64 e 65, verifica-se que a função de correspondência é a default
citada anteriormente. A imagem bidimensional, com formato quadrado, ocupa a área
do espaço paramétrico e é repetida translacionalmente fora dele. Nota-se que a
imagem possui uma margem (borda) branca e dezesseis círculos em seu interior.
Figura 64: Função de Correspondência
Fonte: a autora
Observa-se, na Figura 64, que o mapa de textura extrapola o intervalo 1 x 1,
mas não chega a completar duas repetições da imagem na direção horizontal. Isso
define o modo de distribuição da imagem bidimensional sobre o objeto
tridimensional. Assim, como se pode ver, na Figura 64(a) a linha verde, que
representa a aresta de fechamento da superfície do cilindro, tangencia os círculos.
Já na Figura 65, como o mapa de textura abrange duas repetições, a extremidade
direita da segunda repetição é também aplicada, resultando em uma faixa branca
entre a linha verde e os círculos.
74
Figura 65: Função de correspondência
Fonte:autora.
Vértices, arestas e polígonos também podem ser manipulados (translação,
rotação, escala, por exemplo), proporcionando ajustes pontuais em relação a
distorção da imagem sobre a superfície tridimensional do objeto. Na Figura 66,
percebe-se a utilização da função de deslocamento de um vértice nos dois espaços
envolvidos (tridimensional e paramétrico), que resultou na redistribuição da imagem
sobre a superfície do cilindro. Esses recursos são fortemente empregados no caso
de superfícies não desenvolvíveis.
Figura 66: Manipulação de vértice
Fonte:aautora.
75
Como se pode perceber, existem muitas ferramentas de texturização de
objetos tridimensionais, pois pesquisadores procuram, cada vez mais, aperfeiçoar o
realismo das imagens virtuais, apresentando novas soluções e recursos para
melhorar a aparência de superfícies. Há cada momento surgem trabalhos focando o
problema de desenvolver um mapa de textura suave para ser aplicado sobre uma
superfície complexa, de tal forma que o mapeamento introduza uma quantidade
mínima de distorção no tamanho e na forma das texturas bidimensionais aplicadas.
2.6.3 Render to Texture
Na seção 2.6.2 (Processo de Texturização Computacional) são apresentados
diversos recursos computacionais que possibilitam a texturização de objetos
tridimensionais no espaço euclidiano. Essas ferramentas permitem, através da
correspondência entre os espaços euclidiano e paramétrico, que uma imagem
bidimensional seja distribuída estrategicamente na superfície do objeto
tridimensional.
Por outro lado, na seção 2.5 (Processos de Fabricação de Superfícies Não-
Planificáveis) demonstra-se, a partir da prática industrial, a necessidade do
desenvolvimento de uma imagem bidimensional com os elementos distorcidos, de
modo que estas distorções compensem as alterações que ocorreriam na imagem
sobre a superfície tridimensional do objeto, no processo de impressão.
O recurso computacional denominado Render to Texture (disponível em
softwares comerciais de modelagem 3D) possibilita gerar uma imagem
bidimensional com distorções específicas, a partir de mapas de textura construídos
no espaço paramétrico.
Segundo Cusson (2005), esse recurso é amplamente usado em indústrias de
games. Nesse segmento de produtos, a ferramenta é utilizada para processar ou
“mesclar” (bake) vários elementos de cena (textura, relevo, iluminação, sombra).
Essa mescla de elementos resulta em uma única textura bidimensional que
contempla todos esses aspectos de cena. Para mesclar os elementos de cena e
76
planificá-los em forma de textura bidimensional, são utilizados os mapas de textura
do espaço paramétrico, vistos na seção 2.6.2, como elementos determinantes de
como essa textura deve se distribuir no plano. Com isso, espera-se que essa textura
planificada possa ser aplicada, posteriormente, no objeto tridimensional, causando a
ilusão de que todos aqueles elementos mesclados na textura (relevo, iluminação,
sombra) façam parte da cena, daí o nome “render to texture”. Esse processo permite
que se desenvolvam games com alta qualidade visual e agilidade de
processamento, pois reduz o esforço computacional ao texturizar efeitos como
iluminação e sombreamento, que normalmente dificultam o processamento em
tempo real.
Para esta pesquisa, no entanto, o interesse por esse recurso não está em
mesclar elementos de cena, mas sim na possibilidade de planificar a textura que já
está aplicada no objeto de cena, a partir de mapas de texturas gerados no espaço
paramétrico. Com isso pode-se gerar a imagem bidimensional distorcida desejada.
Atualmente, existem diversos tutoriais disponíveis na internet que permitem a
compreensão desta ferramenta utilizada em softwares específicos, para esta
pesquisa, entretanto, o importante é compreender o processo resultante da
aplicação desse recurso computacional.
A lógica empregada na planificação da textura já mapeada no objeto
tridimensional baseia-se na correspondência entre o espaço euclidiano e o
paramétrico, descrita nos recursos apresentados na seção 2.6.2 (Processo de
Texturização Computacional), que garantem que para cada ponto do domínio
tridimensional (x, y, z) tem um ponto correspondente no domínio paramétrico (u, v).
Ou seja, é possível, através dessa correlação, que uma imagem bidimensional
possa ser distribuída em uma superfície de um objeto tridimensional não planificável,
a partir de um mapa de textura do espaço paramétrico. É possível também, a
realização de uma operação inversa, isto é, que uma textura já aplicada na
superfície do objeto tridimensional seja planificada e distribuída no plano a partir um
mapa de textura específico. Isso consiste a principal função da ferramenta render to
texture, no que se refere a esta pesquisa.
77
Na Figura 67, tem-se um exemplo do que ocorre em um processo típico de
texturização de um objeto não planificável. Percebe-se que os círculos concêntricos
da imagem bidimensional estão simétricos. Ao aplicar a textura bidimensional na
superfície do objeto tridimensional, os círculos ficam elípticos, pela não
correspondência geométrica entre a superfície da imagem e a superfície do objeto.
Para que os círculos fiquem não elípticos no objeto tridimensional, altera-se
adequadamente o mapa de textura no espaço paramétrico de modo que os círculos
tenham as distorções eliminadas (conforme visto na seção 2.6.2).
Figura 67: Exemplificação de um processo com distorção
Fonte: a autora
Já, na Figura 68, o processo ocorre de forma inversa, ou seja, tem-se uma
textura já aplicada no objeto tridimensional (que contém círculos não distorcidos).
Neste caso, os círculos estão não distorcidos no objeto, pois o mapa de textura foi
alterado no espaço paramétrico, como está representado na Figura 67. Através da
ferramenta “render to texture”, é possível processar-se a planificação da textura que
está aplicada na superfície do objeto tridimensional especificando-se que a mesma
deve distribuir-se no plano de acordo com um mapa de textura específico, que,
neste caso, deve ser o mapa de textura original (antes de ter sido alterado para que
os círculos ficassem não distorcidos sobre o objeto tridimensional).
Com isso, tem-se a textura do objeto tridimensional no plano, contendo as
distorções de compensação. Posteriormente, essa textura planificada é aplicada ao
objeto tridimensional sem que seja necessário alterar o mapa de textura original para
que os círculos fiquem perfeitos, pois agora a textura bidimensional já contém as
distorções necessárias para que a compensação ocorra e a textura fique correta no
objeto tridimensional.
78
Figura 68: Exemplificação de um processo de controle de distorção usando
a ferramenta render to texture.
Fonte: a autora
Assim, esta ferramenta (render to texture) será utilizada para a geração da
imagem 2D distorcida, conforme a metodologia apresentada no Capítulo 3 e os
estudos de casos do Capítulo 4.
79
3. METODOLOGIA DE INTERVENÇÃO
O objetivo deste capítulo é descrever os procedimentos metodológicos
utilizados no desenvolvimento deste estudo e o modo como o mesmo foi estruturado
para se ter como resultado um método de intervenção de controle de distorção
adequado ao projeto de superfícies de objetos manufaturados com geometria não
desenvolvível. A descrição desses procedimentos visa organizar de forma
sistematizada este estudo, tendo como base e direção a fundamentação teórica
apresentada e a aplicação desta nos três estudos de caso da pesquisa.
A seguir tem-se a descrição dos procedimentos utilizados no desenvolvimento
deste estudo:
• Estudo da fundamentação teórica que fornece o embasamento
necessário ao desenvolvimento do método de controle de distorção. A
fundamentação teórica foi construída a partir de uma pesquisa
exploratória e estruturada através de raciocínio indutivo, tanto por meio
de consultas a referências bibliográficas, artigos, dissertações e teses
científicas, quanto por meio de visitas a empresas que costumam
desenvolver projetos de superfícies para seus produtos. A construção
teórica também se deu pela observação de processos produtivos e de
entrevistas com profissionais que possuem experiências práticas.
Procurou-se entrevistar pessoas de unidades fabris e da área da
computação gráfica, mais especificamente nas áreas de games e
desenhos animados.
• Prospecção de empresas que têm os problemas relacionados com as
distorções. A partir da observação de produtos em pontos-de-venda
em Porto Alegre, selecionou-se algumas empresas representativas que
poderiam se interessar em unir esforços na pesquisa e
desenvolvimento do método. Entrou-se em contato com três empresas
(Oxford®, Tramontina® e Grendene®) e verificou-se a possibilidade.
• Estudo dos métodos adotados pelas indústrias para projetar superfícies
visuais de produtos com formas não planificáveis que abordem o
problema das distorções. Foram realizadas visitas às três fábricas
80
contatadas, onde foram realizadas entrevistas com funcionários com o
objetivo de compreender os métodos utilizados e também conhecer as
restrições de processos industriais dos produtos.
• Consolidação das relações com as empresas (de cerâmica, de metal,
de polímero). Definiu-se que as três empresas envolvidas dariam
suporte industrial, possibilitando o desenvolvimento do método e sua
posterior verificação, contribuindo com todos os custos de protótipos
necessários, em troca da disponibilidade do método que poderia ser
posteriormente utilizado pelas três empresas.
• Definição dos três produtos de estudos de casos (cerâmico, metal, e
polímero). Ao definir-se os produtos para tornarem-se estudos de caso
desta pesquisa, usou-se como critério de seleção os produtos com
maior complexidade geométrica existentes nos portfólios das três
empresas, a fim de ampliar a representatividade do método proposto
por esta pesquisa.
• Identificação e estudo dos recursos computacionais disponíveis. Este
procedimento desenvolveu-se a partir da construção da
fundamentação teórica já citada e posterior estudo de softwares de
modelagem tridimensionais. Este último estudo contou com o apoio
fundamental do designer de games Gerson Klein
6
. Os estudos
consistiram-se em avaliar as possibilidades de redirecionamento de
ferramentas normalmente utilizadas no desenvolvimento de produtos
virtuais como games e desenhos animados, no desenvolvimento de
produtos manufaturados produzidos em escala industrial. Ao estruturar
a adaptação (produto digital – produto físico), através de raciocínio
indutivo verificou-se a necessidade de produzir-se um protótipo físico
que serviria de referência, ou seja, um protótipo que indicasse as
distorções visuais decorrentes da não correspondência de geometria
entre as duas superfícies (a que reveste e a revestida). Esse protótipo
físico foi denominado de “protótipo de referência”. Nele estão indicadas
também as distorções decorrentes dos processos de impressão.
6
Designer,comexperiênciaemdesenvolvimentodegames(modelagemetexturização).Fazpartedaequipe
decriaçãodaempresadegamesUBISOFTENTERTAINMENT(SouthlogicStudios,SLS,Brasil,PortoAlegre).
81
Utilizá-lo como referência serviu para demonstrar que possíveis efeitos
de variáveis de processo de impressão podem ser neutralizados.
• Definição e desenvolvimento das três imagens bidimensionais
aplicadas aos protótipos de referência. Procurou-se definir uma
imagem que facilitasse a localização de posições visuais na imagem e
suas distorções, por isso desenvolveu-se uma grade com coordenadas
crescentes nos sentidos x e y. A grade foi construída em software de
edição de imagem vetorial e posteriormente exportada para um formato
bitmap. As imagens foram preparadas de acordo com as
especificações técnicas fornecidas pelas três empresas.
• Produção dos três protótipos de referência nas fábricas. As imagens
foram enviadas para as três fábricas, onde os três protótipos de
referência física foram fabricados em unidade fabril.
• Construção das malhas dos três modelos tridimensionais em programa
de modelagem 3D; As malhas foram construídas em software de
modelagem tridimensional (3D Max 2009), a partir de referenciais
diferentes entre os três produtos envolvidos. A tigela da Oxford foi
modelada tendo como referência uma imagem bidimensional que
indica o perfil de revolução utilizado na construção do objeto. A chaleira
da Tramontina foi modelada tendo como referência a própria
modelagem 3D (arquivo digital fornecido pela empresa) utilizada para o
desenvolvimento de matrizes do produto. A sandália da Grendene foi
modelada tendo com referência a modelagem digital do produto obtida
através de escâner tridimensional.
• Definição e desenvolvimento das três imagens bidimensionais
aplicadas aos protótipos finais. As imagens foram desenvolvidas com o
propósito de demonstrar com facilidade a existência ou não de
distorções, por isso foram definidos círculos como elementos visuais.
As imagens foram construídas em softwares de edição de imagem
vetorial e posteriormente exportadas para formato bitmap.
• Desenvolvimento do método de controle de distorção. Com o protótipo
de referência e as imagens de círculos a disposição, iniciou-se o
estudo efetivo de utilização dos recursos fornecidos pela computação
82
gráfica descritos na fundamentação teórica. Foram realizados diversos
testes de texturização digital e render to texture. Nestes procedimentos
perceber-se que o domínio de recursos de computação gráfica são tão
fundamentais quanto o domínio de conhecimentos como: fundamento
da linguagem visual, geometria plana e descritiva, softwares de edição
de imagens bidimensionais (vetoriais e bitmaps). Foi a partir de
diversas tentativas de estudo, relacionando os recursos descritos na
fundamentação teórica com os conhecimentos acima referidos, que se
chegou às três imagens planas distorcidas aptas para os testes de
verificação em unidade fabril.
• Aplicação do método de controle de distorção proposto nos três
protótipos reais. As três imagens foram enviadas para as respectivas
empresas, onde foram aplicadas, utilizando-se a estrutura industrial
das três fábricas envolvidas, a fim de comprovar a eficácia do método.
• Análise dos três resultados (da tigela, da chaleira e da sandália). Foi
realizada uma análise visual, verificando a sintaxe dos círculos
contidos nas imagens, (se estavam simétricos ou elípticos).
• Descrição do método de controle de distorção. A partir do estudo
realizado na prática, o método foi descrito detalhadamente no capítulo
4 desta dissertação.
83
4. MÉTODO DE CONTROLE DE DISTORÇÃO
Com base no objetivo geral desta pesquisa e na fundamentação teórica
descrita anteriormente, este capítulo pretende apresentar um método de controle de
distorção adequado ao design de superfície de produto industrial, produzido em
larga escala, com forma tridimensional não planificável, de modo a minimizar as
distorções gráficas procedentes da aplicação de uma imagem bidimensional num
objeto tridimensional, considerando, principalmente, a complexidade da geometria
do objeto. Para facilitar tal demonstração, utilizam-se os três produtos selecionados
para estudos de casos, a tigela, a chaleira e a sandália, apresentados na Figura 69,
que contribuem igualmente com as verificações do método nas práticas industriais
da Oxford
®
, da Tramontina
®
e da Grendene
®
, as quais também estão apresentadas
neste capítulo, respectivamente.
Figura 69: Produtos selecionados para estudos de casos
Fonte: (a) Tigela Oxford® ; (b) Chaleira Tramontina® ; (c) Sandália Grendene®
O método tem por objetivo gerar uma imagem bidimensional distorcida, que
evite (por compensação) as distorções que ocorrem na imagem quando não se
considera a não correspondência de geometria entre as superfícies envolvidas, a da
imagem que reveste e a do objeto tridimensional não planificável revestido. Neste
método, esta imagem bidimensional distorcida será denominada “imagem 2D
distorcida”.
Para efeito de entendimento, os elementos obtidos com a computação gráfica
serão, nesta pesquisa, acrescidos em suas denominações da palavra “virtual”, para
que se evite confusão com produtos físicos (manufaturados) que em alguns
momentos são relacionados.
84
Com a finalidade de gerar uma unidade visual no trabalho e provocar um
estudo comparativo entre os três produtos estudados, optou-se por desenvolver uma
identidade entre as imagens aplicadas em cada um deles. Ao definir os elementos
de composição, procurou-se utilizar como critério de criação elementos que
promovem continuidade visual, por isso selecionou-se o círculo como motivo
principal. Segundo Gomes (2000, p. 33), “o círculo é, evidentemente, a configuração
formal de melhor continuidade, uma vez que o percurso do olhar não sofre nenhuma
interrupção ou desvio no seu percurso.” A intenção de construir uma imagem com
círculos é facilitar que qualquer distorção existente seja percebida. Com isso espera-
se que o método fique claro e didático. Na Figura 70, tem-se a imagem padrão
desenvolvida para esta pesquisa. Para cada um dos produtos estudados (tigela,
chaleira e sandália) fez-se variações específicas, que não comprometem a
identidade visual entre os três objetos.
Figura 70: Padrão visual desenvolvido para aplicação
Fonte:aautora
O método de controle de distorção proposto nesta pesquisa fundamenta-se
na utilização da representação paramétrica de superfícies, mais especificamente no
uso da correspondência existente entre o espaço tridimensional e o espaço
paramétrico da superfície. Também são empregados os recursos de mapeamento
de imagens e render to texture.
Em direção ao método, especificamente, faz-se necessário recorrer à
fundamentação teórica desta pesquisa, principalmente no que se refere ao conceito
de mapeamento de imagem. Conforme Möller, Haines e Hoffman (2008),
mapeamento de imagem é o processo de obtenção dos valores do espaço
paramétrico ou mapa de imagem, isto é, os valores dos pontos (u, v) que possuem
correspondência com os pontos (x, y, z) da superfície do objeto tridimensional no
espaço euclidiano. Mapas são gerados a partir de funções de projeção ou
85
desembrulho de superfícies paramétricas. Os mapas são usados para acessar a
imagem e modificar seu modo de distribuição na superfície do objeto tridimensional
no espaço euclidiano.
O método de controle de distorção proposto como resultado desta pesquisa
consiste, essencialmente, na construção de dois mapas de imagem para cada
modelo geométrico, e posterior, geração de uma “imagem 2D distorcida”, que é
constituída a partir da relação entre esses dois mapas. O primeiro mapa, que será
denominado de “mapa 1”, posiciona a imagem sobre a superfície do objeto
tridimensional de modo a simular o que acontece na prática, ou seja, como a
imagem se dispõe sobre a superfície do objeto tridimensional físico quando é
impresso sobre ele. O segundo mapa, que será denominado de “mapa 2, distribui a
imagem de acordo com o que se espera do projeto, ou seja, é aquele mapa que
permite a aplicação da imagem sobre a superfície do objeto tridimensional sem
distorções. Construídos estes dois mapas no espaço paramétrico (u,v), relaciona-se
os dois, com a finalidade de gerar uma “imagem 2D distorcida”, através do recurso
computacional render to texture.
Para elucidar esses procedimentos, optou-se por dividir o método em três
etapas distintas e essenciais, que em seguida são explicadas separadamente. São
elas:
• Etapa 1 - Construção do mapa 1.
• Etapa 2 - Construção do mapa 2.
• Etapa 3 - Construção da “imagem 2D distorcida”.
Posteriormente a explicação resumida das 3 etapas, o método é aplicado nos
três produtos selecionados, quando é aprofundado, considerando as
particularidades de cada um.
86
4.1 ETAPA 1 - CONSTRUÇÃO DO MAPA 1
Figura 71: Diagrama explicativo da etapa 1 do método de controle de distorção
Fonte:aautora
87
4.2 ETAPA 2 - CONSTRUÇÃO DO MAPA 2
Figura 72: Diagrama explicativo da etapa 2 do método de controle de distorção
Fonte:aautora
88
4.3 ETAPA 3 - CONSTRUÇÃO DA IMAGEM 2D DISTORCIDA
Figura 73: Diagrama explicativo da etapa 3 do método de controle de distorção
Fonte:aautora
89
Na sequência são apresentados, detalhadamente, os estudos de casos da
tigela, da chaleira e da sandália. Essa recorrência do método nos três produtos, um
depois do outro, tem por intenção favorecer a compreensão por repetição do mesmo
e o enriquecimento da pesquisa através das diferenças existentes entre os três
casos, devido às distintas geometrias. São abordados os pontos mais significativos
de cada etapa do método para que se possa compreender com mais clareza o
desenvolvimento de cada um dos projetos de superfície. Em muitos momentos os
passos são os mesmos de um caso para o outro, no entanto é essa mesma
repetição que permite que não se tenha dúvida sobre a validade do método para
produtos físicos com diferentes geometrias, materiais e processos.
Em princípio, os fundamentos do método são simples, assim como a lógica
empregada. No entanto, quando se passa para a prática de desenvolvimento de
superfície de produto com geometria não desenvolvível, depara-se com as
dificuldades em se associar os desenhos pretendidos com as geometrias
diferenciadas e complexas de cada produto.
Os estudos de casos são apresentados em ordem crescente de complexidade
geométrica. Em cada caso, teve-se que utilizar opções diferentes de recursos, o que
demonstra que, quando se desenvolve projetos para superfícies não desenvolvíveis,
o grau de planejamento estratégico em relação às variáveis dadas pela
complexidade de cada geometria é extremamente maior que num projeto para
superfície planificável.
Cabe ressaltar também que para agir estrategicamente em cada projeto,
diante das variações volumétricas dos objetos, o designer precisa utilizar-se de
diversos conhecimentos prévios, como noções de geometria plana e descritiva,
fundamentos da linguagem visual e do design de superfície (construção de módulo,
rapport), restrições de processos de impressão e de fabricação dos objetos. Além
disso, deve ter a habilidade de relacionar esses diversos aspectos do conhecimento
e usá-los de modo a otimizar o trabalho e garantir a qualidade do serviço.
90
4.4 ESTUDOS DE CASOS
4.4.1 Estudo de Caso 1 - Tigela de Cerâmica
Como já foi mencionado, o método inicia com o desenvolvimento do protótipo
de referência produzido em unidade fabril, exemplificado na Figura 74, que aponta
as posições da superfície da tigela que apresentam distorções.
Figura 74: Protótipo de referência físico
Fonte:ProduzidopelaOxford®paraestapesquisa
Para a produção do protótipo de referência físico, é construída uma imagem,
apresentada na Figura 75, composta de uma grade com duas coordenadas (x,y) de
valores crescentes nos dois sentidos. A área da imagem bidimensional deve ser
correspondente à área da superfície da tigela que será impressa (softwares de
modelagem de produtos fornecem essa informação com facilidade), porque a não
correspondência de área é um agravante para a ocorrência de distorções, como foi
descrito na seção 2.4. A imagem neste caso será impressa pelo processo de
tampografia, conforme seção 2.5.1
Figura 75: Imagem bidimensional desenvolvida para ser aplicada no protótipo de referência
Fonte:aautora
91
Com o protótipo de referência físico disponibilizado pela fábrica, parte-se para
os recursos fornecidos pela computação gráfica. Modela-se a superfície paramétrica
do objeto, preferencialmente uma malha simplificada, com o menor número possível
de polígonos. A modelagem da tigela está representada na Figura 76. O fato de ser
simples otimiza o projeto, pois o arquivo fica leve, possibilitando a aplicação de
imagens com rapidez de processamento.
Figura 76: Modelagem da tigela
Fonte:aautora
O mais importante dessa etapa é garantir-se que o objeto tridimensional
modelado está com a geometria praticamente igual, se possível idêntica à do
protótipo de referência. Qualquer diferença geométrica pode causar resultados
posteriores insatisfatórios.
O projeto da tigela prevê a impressão no interior da mesma. Como o produto
não possui uma espessura regular em toda a sua superfície, de modo que fosse
possível utilizar o perfil externo como referência para a modelagem, foi necessário
fazer um molde com material odontológico que evidenciasse o perfil interno de
revolução do objeto. A partir desse molde, apresentado na Figura 77, o modelo
virtual pode ser modelado por cima com facilidade, pois se cortou a semi-esfera (o
92
molde) ao meio e utilizou-se um escâner bidimensional para obter o perfil exato do
produto.
Figura 77: Molde da tigela feito com material odontológico
Fonte:aautora
O adequado nesta situação seria ter como referência para a modelagem o
arquivo que gera a matriz do objeto na fábrica, porém, no caso de cerâmica, como
foi visto na seção 2.5.1, os produtos passam por uma primeira queima para
adquirirem resistência suficiente para o processo de tratamento de superfície. Nessa
queima eles reduzem seus volumes, assim, o arquivo que determina a matriz não é
correspondente ao produto.
Ao modelar, deve-se dar preferência apenas à superfície que receberá a
imagem, as demais podem ser dispensadas. No caso da tigela, por exemplo,
desconsiderou-se a superfície externa do objeto, já que o projeto prevê a impressão
da imagem apenas no interior; essa opção facilitou a visualização da imagem, que
pode ser vista por ambos os lados (interno e externo) .
Na próxima etapa, aplica-se a imagem que foi utilizada no protótipo de
referência físico à superfície modelada, como está representado na Figura 78.
Optou-se por pintar de preto a parte externa apenas nesta simulação, pois como foi
dito no parágrafo anterior a imagem pode ser vista pelos dois lados do objeto, para
facilitar a visualização da superfície de dentro do pote. Ao longo deste capítulo,
sempre que possível o objeto virtual será representado tanto no espaço
tridimensional (euclidiano) quanto no espaço paramétrico, um ao lado do outro,
como na maioria dos programas de modelagem. Assim visualiza-se tanto o mapa
que define como a imagem se distribui na superfície do objeto quanto a própria
superfície do objeto revestido.
93
Figura78:Aplicaçãodaimagembidimensionalconformeomapaoriginal
Fonte:aautora
A operação sequente consiste em alterar o mapa de imagem no espaço
paramétrico (u,v), visualizando o objeto virtual no espaço euclidiano (x,y,z), de modo
que a distribuição da imagem aplicada no objeto virtual se aproxime daquela que
está no protótipo de referência físico.
Na Figura 79, tem-se o protótipo de referência físico ao lado do modelo
virtual. A mesma imagem é aplicada em ambos. Os dois objetos possuem
praticamente o mesmo volume, mas as imagens, embora iguais, são distribuídas de
forma distinta nas suas respectivas superfícies.
Figura 79: Comparação da imagem no objeto físico e no virtual conforme o mapa original
Fonte:aautora
94
Na imagem do protótipo de referência físico, as distorções são definidas pela
não correspondência geométrica entre as superfícies (a que reveste e a revestida) e
pelas variáveis de processo industrial. Já na imagem virtual, as distorções são
definidas pelo mapeamento da imagem, que está determinando como a imagem
deve se distribuir sobre a superfície do objeto virtual.
Agora, é preciso ajustar o mapa da imagem no espaço paramétrico,
visualizando no espaço tridimensional, até o ponto em que a distribuição da imagem
no objeto virtual, fique o mais semelhante possível a distribuição da imagem no
protótipo de referência físico, como pode ser observado na Figura 80.
Figura 80 - Comparação da imagem no objeto físico e no virtual conforme o mapa 1
Fonte‐aautora
Essa etapa do método é de fundamental importância, pois simula o que
ocorre na prática quando a imagem é aplicada no objeto físico. A simulação virtual
do que ocorre na prática industrial é a garantia de que os efeitos das variáveis de
processo de fabricação estão sendo considerados, neste caso, neutralizados pelo
protótipo de referência físico.
No caso da tigela, foi simples alterar o mapa 1, pois pode-se aproveitar o
mapa gerado naturalmente pela definição da superfície paramétrica do objeto
tridimensional. Na Figura 81 (a) tem-se o mapa anterior às modificações, e na Figura
81 (b), o mapa 1 finalizado. Como se percebe a alteração é pouco expressiva, o que
classifica esse projeto como uma superfície com um grau simples de ser resolvido,
pois o aproveitamento de mapas otimiza o projeto.
95
Figura 81: Comparação dos mapas original (a) e mapa 1 (b)
Fonte:aautora
Na Figura 82, tem-se um exemplo de como pode ocorrer a manipulação da
imagem na superfície do objeto. O designer faz as alterações pelo espaço
paramétrico, e estas podem ser visualizadas simultaneamente no espaço
tridimensional. Neste exemplo, percebem-se arestas selecionadas em vermelho que
são manipuladas como forma de acessar e modificar as posições da imagem na
superfície do objeto. As linhas horizontais em vermelho no espaço euclidiano
correspondem às arestas selecionadas do espaço paramétrico. Isso significa que
somente aquela área da superfície que está selecionada pode ser movida.
Figura 82: Manipulação de arestas
Fonte:aautora
96
A partir da definição do mapa 1, passa-se para a segunda etapa do método,
que consiste na construção do mapa 2.
Para que se consiga visualizar o quanto de distorção ocorre em qualquer
imagem, na tigela física, basta aplicar uma imagem qualquer no objeto virtual e
especificar que ela deve ser mapeada na superfície do objeto virtual conforme as
indicações do mapa 1, isto é, o mapa que simula a situação real de impressão do
produto na fábrica. Na Figura 84, pode-se verificar como a imagem apresentada na
Figura 83 se comportaria na tigela física caso fosse impressa.
Figura 83 : Imagem bidimensional
Fonte:aautora
Figura 84: Aplicação da imagem bidimensional no objeto conforme o mapa 1
Fonte:aautora
97
Neste momento, quando já se sabe como a imagem se comporta na prática, o
passo seguinte é alterar essa realidade para o que se espera desse tratamento de
superfície. No projeto da tigela, optou-se por gerar o mapa 2 a partir do mapa 1, pois
as distorções não são exageradas. No entanto, a alteração não é realizada em cima
do mapa 1, mas sim a partir dele. Por isso, salva-se o mapa 1, que será reutilizado
na terceira etapa do método, e gera-se o mapa 2 a partir do mapa 1.
Com o mapa 2 acionado, iniciam-se as alterações de modo que as distorções
que podem ser visualizadas na Figura 84 possam ser minimizadas ou até mesmo
eliminadas. O processo de modificação do mapa, nessa situação, é semelhante às
alterações realizadas para se construir o mapa 1.
Com as devidas intervenções, espera-se que a imagem seja disposta na
superfície do objeto próxima ao que se apresenta na Figura 85. Neste momento,
quando se decide que o projeto de superfície está de acordo com o esperado,
define-se também o mapa 2.
Figura 85: Aplicação da imagem bidimensional no objeto conforme o mapa 2
Fonte: a autora
Na Figura 86, tem-se o mapa 1 (linhas brancas) em sobreposição ao mapa 2
(linhas vermelhas), para que se possa perceber a diferença entre os dois.
98
Figura 86: Comparação entre os mapas 1 e 2
Fonte:aautora
A partir dessas definições, mapa 1 e mapa 2, dá-se início à terceira etapa do
método, ou seja, a construção da “imagem 2D distorcida” que contém em sua
composição visual as distorções necessárias à compensação.
Para tanto, como já foi visto na descrição da etapa 3 (Figura 73), recorre-se à
ferramenta render to texture que possibilita planificar a imagem aplicada na
superfície da tigela no espaço euclidiano e distribuí-la no plano com distorções
específicas.
Para que isso ocorra, é necessário que a imagem bidimensional (Figura 87 -
a), seja aplicada à superfície da tigela no espaço tridimensional e distribuída
conforme o mapa 2 (Figura 87- b e c).
Após, acessa-se a ferramenta render to texture e ativa-se a função de
planificação da imagem disposta na superfície da tigela no espaço euclidiano, porém
define-se que ela no plano deve distribuir-se conforme as indicações do mapa 1
(Figura 87 - d), e não do mapa 2 (Figura 87 - c), dando-se a correspondência entre
os dois mapas.
99
Figura 87: Utilização do recurso computacional render to texture
Fonte: a autora.
Assim, perceber-se que primeiro a imagem bidimensional é aplicada na
superfície da tigela no espaço euclidiano conforme o mapa 2, que define a
distribuição dessa imagem sobre a tigela. Essa correspondência está representada
pela linha vermelha (Figura 87- b e c). Num segundo momento, ativa-se a
ferramenta render to texture e a imagem aplicada na superfície da tigela no espaço
euclidiano é planificada e distribuída no plano conforme o mapa 1. Essa
correspondência está representada pela linha verde (Figura 87 - b e d). Em ambas
as correspondências, para cada ponto (x, y, z) da imagem aplicada na superfície da
tigela no espaço tridimensional, existe uma correspondência de pontos (u, v), ora no
mapa 2, ora no mapa 1.
Quando a imagem aplicada na superfície da tigela no espaço euclidiano é
planificada e distribuída conforme o mapa 1, está gerando-se a “imagem 2D
distorcida” desejada (Figura 87- e).
100
Ao final da etapa 3, verifica-se a eficácia do método ainda no meio
computacional, ou seja, aplica-se a “imagem 2D distorcida” (Figura 88) na superfície
da tigela no espaço tridimensional, de modo que a mesma seja distribuída na
superfície de acordo com o mapa 1.
Figura 88: Imagem 2D distorcida
Fonte:aautora
Se a imagem estiver sem as distorções, o método foi eficaz. Essa verificação
está representada na Figura 89.
Figura 89: Verificação computacional do método - “imagem 2D distorcida”
aplicada na superfície do objeto tridimensional, conforme mapa 1
Fonte: a autora.
101
Com a verificação computacional concluída, parte-se para a verificação do
método proposto na prática industrial. No caso desta pesquisa, disponibilizaram-se
os arquivos para a Oxford® , onde foram realizados dois testes, ou seja, com o
método e sem o método. O resultado pode ser conferido nas Figuras 90 e 91.
Figura90:Protótiposemaaplicaçãodométododecontrolededistorção
Fonte:Imagemdaautora,protótipoproduzidopelaOxford®paraestapesquisa
Figura91:Protótipocomaaplicaçãodométododecontrolededistorção
Fonte:Imagemdaautora,protótipoproduzidopelaOxford®paraestapesquisa
102
4.4.2 Estudo de Caso 2 - Chaleira de Metal
Assim como no projeto da tigela, no da chaleira também se produziu um
protótipo de referência na unidade fabril, e também se desenvolveu uma imagem
com coordenadas (x, y) em ordem crescente, configurando uma grade de indicação
dos pontos da superfície da chaleira onde as distorções ocorrem. Na Figura 92 estão
apresentadas a imagem bidimensional que deve ser aplicada na chaleira e a
chaleira que deve receber a imagem.
Figura 92: Imagem bidimensional desenvolvida para ser aplicada
no protótipo de referência físico
Fonte:aautora
Na Figura 93, estão apresentados o disco metálico onde a imagem foi
impressa através de processo serigráfico, conforme a seção 2.5.2, e o protótipo de
referência físico produzido para dar-se início à aplicação do método de controle de
distorção.
Figura 93: Protótipo de referência físico
Fonte:ProduzidopelaTramontina®paraestapesquisa
103
Com o protótipo de referência físico disponível, passa-se para a modelagem
do objeto virtual. Do mesmo modo e pelo mesmo motivo que no caso da tigela
construiu-se uma modelagem simplificada, ou seja, com poucos polígonos,
facilitando o tempo de processamento. No caso da chaleira, o arquivo que gera a
matriz de conformação do metal foi utilizado como referência para a construção da
malha tridimensional, facilitando o trabalho e também a precisão, o que torna o
método estudado ainda mais controlado. Na Figura 94, pode-se observar a malha
cedida pela Tramontina® , e na Figura 95, a malha simplificada gerada para a
pesquisa do método.
Figura 94: Modelagem com muitos polígonos
Fonte:ModelagemcedidapelaTramontina®paraestapesquisa
Figura 95: Modelagem simplificada da chaleira
Fonte:aautora
104
Na Figura 95, estão dispostas duas posições da chaleira que serão
comumente apresentadas durante o estudo. Optou-se por fazer esse esclarecimento
pois em algumas situações a figura estará confusa, e conhecendo como o objeto
está posicionado no espaço fica mais nítida a percepção do mesmo.
Figura 96: Simulação virtual
Fonte:aautora
Após a modelagem, o primeiro passo é aplicar a mesma imagem utilizada na
produção do protótipo de referência física no objeto virtual. Nesse caso, verifica-se
uma distorção significativa em relação ao protótipo de referência, como é observado
na Figura 97.
Figura 97: Aplicação da imagem bidimensional conforme o mapa original
Fonte:aautora
105
Deste modo, não é possível aproveitar-se o mapa naturalmente gerado pelos
parâmetros da superfície do objeto. Isso significa que o mapa 1, isto é, aquele que
simula a situação da prática industrial, deve ser construído a partir de uma função de
projeção ou desembrulho automático. Possivelmente o mais indicado para esta
geometria seria o desembrulho automático da malha no espaço paramétrico para
gerar os valores de coordenadas da imagem (mapa de imagem). No entanto, esse
recurso dificilmente conseguiria manter um mapa circular, que facilita o ajuste pelo
seu formato simétrico, alterando várias arestas sincronicamente.
Para gerar os valores (u,v) do espaço paramétrico de modo que se tenha um
mapa mais apropriado, no sentido de promover uma distribuição da imagem na
superfície do objeto, semelhante visualmente à distribuição da imagem no protótipo
de referência físico, optou-se, neste caso, por um outro recurso. Preferiu-se fazer
uma planificação manual da malha geométrica do objeto no espaço euclidiano, e
não no paramétrico como de costume. Na figura 98, é apresentada a sequência
dessa planificação (a, b, c) numa vista frontal e (d) numa vista de perspectiva. O
processo demonstra que se planificou a chaleira, tentando simular o que de fato
ocorre no processo de produção de conformação do copo, conforme a seção 2.5.2.
Figura 98: Planificação do modelo tridimensional no espaço euclidiano
Fonte:aautora
Após essa planificação do objeto no espaço tridimensional, aplica-se sobre o
disco plano virtual uma função de projeção planar, conforme visto na seção 2.6.2,
para gerar os valores desse disco no espaço paramétrico de coordenadas (u,v).
106
Através da projeção, valores (u , v) foram obtidos e constituem o mapa representado
no espaço paramétrico da Figura 99. Com o mapa gerado e salvo no espaço
paramétrico, descarta-se o disco plano e retorna-se à chaleira tridimensional no
espaço euclidiano.
Figura 99: Projeção planar
Fonte: a autora
Com o mapa construído a partir da planificação da malha tridimensional no
espaço euclidiano, a imagem fica disposta no objeto conforme a Figura 100, ou seja,
sem a distorção anterior, mas ainda não semelhante o suficiente ao protótipo de
referência físico.
Figura 100: Distribuição da imagem bidimensional no objeto tridimensional conforme o mapa
gerado a partir da projeção planar.
Fonte:aautora
107
Embora ainda sejam necessárias alterações para se alcançar o objetivo, que
consiste em definir o mapa 1, essas modificações podem ser feitas de modo manual
através dos vértices, arestas e faces, como no caso da tigela. Na Figura 101, tem-se
o resultado final do mapa 1, alcançado conforme o sugerido acima.
Figura 101: Distribuição da imagem bidimensional no objeto tridimensional conforme mapa 1
Fonte:aautora
Na Figura 102, têm-se os mapas um do lado do outro, desde o original até o
definido como mapa 1. Nesta mesma figura, pode-se perceber a semelhança
conseguida entre a disposição da imagem distribuída pelo mapa 1 e o protótipo de
referência físico, objetivo dessa etapa do método.
Figura 102: Comparação dos mapas
Fonte:aautora
108
Finalizada a primeira etapa do método na chaleira, passa-se para a segunda
etapa, que consiste na construção do mapa 2, ou seja, como o designer deseja
tratar a superfície da chaleira. No caso da tigela, o formato do mapa 1 era
praticamente igual ao mapa 2, o que fez com que se utilizasse o mapa 1 como base
da construção do mapa 2. No caso da chaleira, no entanto, tem-se os formatos dos
mapas 1 e 2 completamente distintos, como será visto a seguir. Isso não atrapalha a
etapa três do método, na qual se utiliza a relação entre os dois mapas.
Analisando a geometria da chaleira, concluiu-se que seria mais viável
considerar o mapa como se fosse um rótulo em torno da lateral da chaleira do que
uma imagem que partisse do centro do disco, isto é, do fundo da chaleira, como foi
visto no processo de fabricação na seção 2.5.2. Chegou-se a essa conclusão pois o
perfil da chaleira é um caso crítico de curvatura em relação ao plano. Na primeira
conformação tem-se uma dobra de 90
o
e na segunda, aproximadamente, mais 30
o
.
Isto, associado à altura da chaleira, provoca distorções significativas no desenho.
Outra situação que fez com que se optasse pelo tratamento lateral da chaleira, foi o
trabalho que o designer teria para projetar imagens radiais, que possuem uma
complexidade maior de projeto ao compor os elementos visuais. Portanto, a imagem
passa a funcionar como um módulo que se repete, no caso da chaleira, na
horizontal. A Figura 103 apresenta a imagem padrão (módulo) utilizada no
tratamento de superfície da chaleira nesta pesquisa.
Figura 103: Imagem bidimensional (módulo)
Fonte:aautora
109
O posicionamento de revestir a chaleira com uma imagem como se fosse um
rótulo, gera a dúvida de como ficaria o fundo da chaleira. Uma das soluções seria
iniciar o rótulo (no sentido vertical) ainda no fundo da chaleira, antes da curva, como
pode ser visualizado na Figura 104, e depois construir-se o fundo da chaleira, que
neste caso pode ser desenvolvido no plano, visto que a área não apresenta
curvatura alguma.
Figura 104: Seleção das faces
Fonte:aautora
A partir das posições acima tomadas, deu-se início à construção do mapa 2.
Para isso, selecionou-se a área que se pretende revestir, como pode ser observado
na Figura 104. Percebe-se que a seleção fica em vermelho nos dois espaços,
demarcando a área selecionada e demonstrando a correspondência entre os dois
espaços.
Nesse caso, para construir o mapa em formato de rótulo, desembrulhou-se a
malha selecionada para gerar os pontos da superfície tridimensional do objeto em
coordenadas (mapas) de imagem, no espaço paramétrico, como pode ser percebido
na Figura 105. Observa-se, por exemplo, que o fundo foi deslocado para fora do
espaço paramétrico, por isso não está revestido com a imagem no espaço
euclidiano. Nesse caso, selecionou-se uma função de correspondência, vista na
seção 2.6.2, que determina que a imagem no espaço paramétrico irá se repetir
apenas no sentido horizontal, e não no vertical. Assim se entende por que o fundo
da chaleira está cinza.
110
Figura 105: Desembrulho automático no espaço paramétrico
Fonte:aautora
A partir desse momento, passa-se a “costurar” o mapa no espaço
paramétrico, como está apresentado na Figura 106, de modo que a imagem na
superfície do objeto comece a ficar conforme o projeto. Tal mapeamento, ou seja,
esse processo de construção do mapa 2 é uma das tarefas mais difíceis do método,
pois depende de uma visão estratégica do designer em manipular as faces que
constituem o mapa de modo a evitar o máximo possível as distorções da imagem.
Figura 106: “Costura”do mapa no espaço paramétrico
Fonte:aautora
111
Na Figura 107, observam-se as arestas de fechamento, onde são feitos os
encaixes, pontos de justaposição dos elementos visuais. Por isso a imagem padrão
utilizada (módulo) precisa estar encaixando nas duas laterais uma em relação à
outra, gerando uma continuidade do desenho. A posição e a escala do mapa de
imagem em relação à área (1x1) do espaço paramétrico definirão como a imagem irá
se repetir. Por exemplo, na Figura 107, o formato do mapa ocupa duas vezes o
tamanho do espaço paramétrico, fazendo com que a imagem seja repetida sobre a
superfície do objeto também por duas vezes.
Figura 107: Desencaixe do desenho nas arestas de fechamento
Fonte:aautora
Na Figura 108, percebe-se que os encaixes das arestas de fechamento estão
posicionadas corretamente, pois a imagem (módulo) se repete mantendo uma
continuidade visual. Esse encaixe foi conseguido através da manipulação
(deslocamento) das arestas de fechamento lateral do mapa de imagem no espaço
paramétrico. Aqui, o mapa de imagem ocupa uma área três vezes a área (1x1) do
espaço paramétrico. Isso faz com que a imagem seja repetida três vezes na lateral
da chaleira; quanto maior for o mapa em relação à área (1x1) do espaço
paramétrico, menores ficam os elementos da imagem aplicada sobre a superfície do
objeto tridimensional.
112
Figura 108: Repetição da imagem no espaço paramétrico
Fonte: a autora
Definido o mapa 2, passa-se para última etapa do método, em que
novamente volta-se utilizar o mapa 1. Através da Figura 109, pode-se perceber a
diferença do mapa 1 para o mapa 2. Isso não interfere no resultado da “imagem 2D
distorcida”.
Figura 109: Comparação dos mapas 1 e 2
Fonte:aautora
113
Para que a “imagem 2D distorcida” seja gerada, novamente recorre-se à
ferramenta render to texture para planificar a imagem aplicada na superfície da
chaleira no espaço euclidiano e distribuí-la no plano com distorções específicas.
Para que isso ocorra, é necessário que a imagem bidimensional (Figura 110 -
a) seja aplicada à superfície da chaleira no espaço tridimensional e distribuída
conforme o mapa 2 (Figura 110 – b e c).
Após, acessa-se a ferramenta render to texture e ativa-se a função de
planificação da imagem disposta na superfície da chaleira no espaço euclidiano
definindo-se que ela no plano deve distribuir-se conforme as indicações do mapa 1
(Figura 110 - d), e não do mapa 2 (Figura 110 - c), dando-se a correspondência
entre os dois mapas.
Figura 110: Utilização do recurso computacional render to texture
Fonte: a autora.
Como já foi colocado, o fato dos dois mapas terem formatos completamente
distintos não impede que a correspondência entre os dois ocorra.
Primeiro ocorre a correspondência entre a imagem aplicada na superfície da
chaleira no espaço euclidiano e o mapa 2, representada pela linha vermelha (Figura
110 - b e c). Depois ocorre a correspondência, promovida pela ferramenta render to
114
texture entre a imagem aplicada na superfície da chaleira no espaço euclidiano e o
mapa 1, representada pela linha verde (Figura - b e d). Em ambas as
correspondências, para cada ponto (x, y, z) da imagem aplicada na superfície da
chaleira no espaço tridimensional, existe uma correspondência de pontos (u, v), ora
no mapa 2, ora no mapa 1.
Quando a imagem aplicada na superfície da chaleira no espaço euclidiano é,
efetivamente, planificada e distribuída no plano conforme o mapa 1, está gerando-se
a “imagem 2D distorcida” representada na Figura 111. O processo é interativo, ou
seja, qualquer alteração no mapa 2, resulta imediatamente em alteração da imagem
2D distorcida.
Figura 111: Imagem 2D distorcida
Fonte: a autora
Ao finalizar a etapa 3, verifica-se a eficácia do método no meio
computacional, isto é, aplica-se a “imagem 2D distorcida” (Figura 111) na superfície
da chaleira no espaço tridimensional, de modo que a mesma seja distribuida na
superfície de acordo com o mapa 1. Se a imagem estiver sem as distorções, o
método foi eficaz. A verificação está representada na Figura 112.
115
Figura 112: Verificação computacional do método - “imagem 2D distorcida”
aplicada na superfície do objeto tridimensional, conforme mapa 1
Fonte: a autora.
Ao se construir o mapa 2 optou-se por revestir a chaleira com um módulo que
se repetiria na horizontal. Isso fez com que a chaleira ficasse sem o fundo revestido.
Por isso, para que a chaleira seja totalmente revestida, constrói-se o fundo da
imagem (Figura 113 - b), no plano, em um software de edição de imagem vetorial, e
após, exporta-se a imagem para o formato bitmap. Para que a escala dos elementos
visuais da lateral da chaleira fiquem proporcionais aos elementos visuais do fundo,
utiliza-se a “imagem 2D distorcida” (Figura 113 - a) como referência visual.
Posteriormente, mescla-se em um software de edição de imagem bitmap, as duas
partes desenvolvidas, Figuras 113 (a) e (b), constituindo a imagem final a ser
aplicada na chaleira, representada na Figura 113 (c).
Figura 113: (a) imagem 2D distorcida; (b) fundo; (c) imagem 2D distorcida com fundo
Fonte:aautora
116
A seguir têm-se os protótipos executados na fábrica para a verificação do
método na prática industrial. Nas Figuras 114 e 115 apresentam-se os protótipos
finais, um acima do outro para verificar-se a diferença existente nos produtos sem e
com a aplicação do método.
Figura 114: Protótipo sem a aplicação do método de controle de distorção
Fonte: Imagem da autora, protótipo produzido pela Tramontina® para esta pesquisa
Figura 115: Protótipo com a aplicação do método de controle de distorção
Fonte: Imagem da autora, protótipo produzido pela Tramontina® para esta pesquisa
117
4.4.3 Estudo de Caso 3 - Sandália de Polímero
O caso da sandália foi o mais complexo dos três produtos, pois se trata de um
volume completamente assimétrico, com pontos críticos de curvatura.
No entanto, mesmo no caso da sandália, o método inicia com a produção do
protótipo de referência físico, como o que está representado na Figura 117. No
protótipo é impressa a imagem apresentada na Figura 116. No caso da sandália, a
imagem bidimensional não é totalmente aplicada ao objeto, parte dela é aparada no
processo de tratamento da superfície. Isso é detalhado na construção do mapa 1.
Figura 116: bidimensional desenvolvida para ser aplicada no protótipo de referência
Fonte:aautora
Figura 117: Protótipo de referência
Fonte:ProduzidopelaGrendene®paraestapesquisa
118
Através da produção do protótipo de referência físico (Figura 117) pode-se
analisar os pontos críticos de distorção. A ponta frontal da sandália, por exemplo, é a
área mais delicada em relação ao controle das distorções. Nota-se, por meio do
protótipo de referência, que os quadros da imagem bidimensional que se
posicionaram na lateral da sandália estão todos distorcidos, em dois pontos existe
até sobreposição de película onde foi aplicada a imagem. Porém este tipo de
variável não foi considerado neste estudo, pois demandaria tempo de pesquisa e
outros testes de verificação.
Devido à complexidade da geometria da sandália, optou-se por escanear o
produto num escâner tridimensional
7
para obter a geometria exata do objeto,
gerando uma modelagem precisa, como está apresentada na Figura 118. A partir do
arquivo gerado pelo escâner tridimensional modelou-se uma malha mais simples,
que está representada na Figura 119.
Figura 118: Modelagem escaneada
Fonte:LDSM
Figura 119: Modelagem da Sandália
Fonte:autora
Antes de aplicar a imagem no modelo virtual, necessitou-se definir, a partir do
protótipo de referência, qual exatamente é a área de aparagem da imagem
bidimensional, isto é, qual parte da imagem é descartada no processo de tratamento
da superfície da sandália na unidade fabril apresentada na Figura 120. Essa
definição otimizou a construção do mapa 1, pois definiu uma referência da
extremidade inferior da sandália.
7
OescaneamentotridimensionalfoiexecutadonoLaboratóriodeDesigneSeleçãodeMateriais(LdSM)da
UniversidadeFederaldoRioGrandedoSul.
119
Figura 120: Área de aparagem da imagem bidimensional
Fonte:aautora
Na Figura 121, pode-se perceber como a imagem ficou distribuída conforme o
mapa natural gerado pela superfície paramétrica do objeto. A imagem está
totalmente distorcida, o que indica que possivelmente não se possa aproveitar o
mapa existente. É neste momento que o designer mostra sua habilidade e
qualificação em relação à complexidade geométrica do objeto, de modo a gerar um
mapa que alcance os objetivos de cada etapa do método e que demande o menor
tempo possível de trabalho.
Figura 121 : Aplicação da imagem bidimensional conforme o mapa original
Fonte:aautora
120
Ao analisar-se a geometria da sandália, decidiu-se separar a superfície lateral
do objeto da superfície de topo. Para isso, é necessário selecionar as faces laterais,
representadas em vermelho na Figura 122, no espaço paramétrico.
Figura 122: Seleção das faces
Fonte:aautora
Após a seleção separam-se as faces laterais das faces de topo, como está
apresentado na Figura 123. As faces laterais são planificadas conforme se visualiza
no espaço paramétrico.
Figura 123: Desembrulho automático no espaço paramétrico
Fonte:aautora
Em seguida, aplica-se uma função de projeção planar sobre a superfície de
topo da sandália. Se necessário, normalmente em programas de modelagem, tem-
121
se a opção de colocar fotos bidimensionais do protótipo de referência em ambos os
espaços (tridimensional e paramétrico) para facilitar a comparação entre o modelo
físico e o virtual.
Depois que a superfície de topo está ajustada, inicia-se a costura das laterais,
como pode ser observado na Figura 124. Nota-se que, conforme o mapa vai se
construindo no espaço paramétrico, a imagem começa a aparecer na superfície do
objeto no espaço euclidiano.
Figura 124: “Costura”do mapa no espaço paramétrico
Fonte:aautora
Após a costura total do mapa, através da manipulação de vértices, arestas e
faces, faz-se os ajustes finais para que o mapa 1 fique semelhante ao protótipo de
referência físico.
Na imagem 125 apresenta-se a diferença entre o mapa natural obtido através
da superfície paramétrica do objeto e o mapa 1 construído para simular a realidade
fabril do tratamento da superfície da sandália. Na mesma imagem, pode-se verificar
a semelhança entre o protótipo de referência e o modelo virtual que distribui a
imagem sobre a superfície do objeto conforme o mapa 1.
122
Figura 125: Comparação dos mapas
Fonte:aautora
Finalizada a etapa 1 do método, parte-se para a etapa 2, ou seja, para a
construção do mapa 2. Neste momento, mais uma vez o posicionamento do
designer é fundamental para o sucesso do projeto. Diante da complexa geometria da
sandália optou-se por tratar sua superfície de modo similar ao da chaleira, ou seja,
cuidar primeiramente das áreas mais afetadas, como as laterais, e depois finalizar o
projeto no plano, preenchendo as áreas não consideradas no mapa. Assim sendo,
optou-se por manter a imagem (módulo) utilizada na chaleira, porém em uma escala
menor, apresentada na Figura 126, para que os círculos fossem percebidos
claramente, já que a área de aplicação é reduzida.
Figura 126: Imagem bidimensional (módulo)
Fonte:aautora
Com o mapa 1 construído e com a imagem (módulo) de aplicação preparada,
direciona-se o trabalho para a construção do mapa 2. Novamente selecionam-se as
faces da lateral. Porém no mapa 2, diferentemente do mapa 1, avança-se sobre a
123
superfície do topo para que as áreas críticas, ou seja, onde a imagem dobra, sejam
contempladas no mapa, e não construídas após no plano, como pode ser observado
na Figura 127 no espaço tridimensional.
Figura 127: Seleção das faces
Fonte:aautora
Do mesmo modo que foi realizada a construção do mapa 1, planifica-se a
superfície lateral da sandália para o mapa 2, como pode ser visualizado na Figura
128, e separam-se as faces laterais das faces do centro.
Figura 128: Desembrulho automático no espaço paramétrico
Fonte:aautora
124
Sabendo-se que a intenção é construir um mapa que disponha a imagem
sobre a superfície de modo a envolver a lateral como um rótulo de embalagem,
procurou-se constituir o mapa 2 num sentido horizontal, como pode ser observado
na Figura 129, onde já se iniciou a costura do mesmo.
Figura 129: “Costura”do mapa no espaço paramétrico
Fonte:aautora
Depois de costurar-se toda a lateral da sandália, planificam-se também as
faces do topo e costura-se em seguida, com a finalidade de unir todas as faces da
superfície do objeto, como é apresentado na Figura 130.
Figura 130: “Costura”do mapa no espaço paramétrico
Fonte:aautora
125
Com as faces do mapa 2 conectadas, passa-se para o momento de definir a
escala dos elementos do módulo sobre a superfície do objeto, através da escala do
mapa da imagem em relação à área (1x1) do espaço paramétrico. Nas Figuras 131 e
132 seguintes, é possível perceber com clareza essa variação. Na Figura 131, nota-
se que os elementos estão graúdos, e que o mapa 2 está ocupando o espaço de
duas repetições do espaço paramétrico da imagem. Na Figura 132, os elementos
visuais diminuem, e o mapa aumenta mais uma repetição.
Figura 131: Repetição da imagem no espaço paramétrico
Fonte:aautora
Figura 132: Repetição da imagem no espaço paramétrico
Fonte:aautora
126
Estabelecido o mapa 2, finaliza-se a segunda etapa e inicia-se a terceira
etapa do método, que tem por finalidade gerar a “imagem 2D distorcida” que contém
em sua composição visual as distorções necessárias à compensação.
Nesta etapa retoma-se o mapa 1, que pode ser verificado na Figura 133 junto
ao mapa 2 finalizado. Repetindo a situação da chaleira, os mapas 1 e 2 da sandália
também são completamente diferentes um em relação ao outro. Cabe ressaltar que
o mapa 1 só funciona com a imagem no formato utilizado na produção do protótipo
de referência. Já o mapa 2 funciona com a imagem quadrada (módulo), que se
repete no sentido horizontal.
Figura 133: Comparação dos mapas 1 e 2
Fonte:aautora
127
Para construir-se a “imagem 2D distorcida, recorre-se, como no caso da tigela
e da chaleira, à ferramenta render to texture que possibilita planificar a imagem
aplicada na superfície da sandália no espaço euclidiano e distribuí-la no plano com
distorções específicas.
Para que isso ocorra, é necessário que a imagem bidimensional (Figura 134 -
a), seja aplicada à superfície da sandália no espaço tridimensional e distribuída
conforme o mapa 2 (Figura 134 - b e c).
Após, acessa-se a ferramenta render to texture e ativa-se a função de
planificação da imagem disposta na superfície da sandália no espaço euclidiano,
porém define-se que ela no plano deve distribuir-se conforme as indicações do mapa
1 (Figura 134 - d), e não do mapa 2 (Figura 134 - c), dando-se a correspondência
entre os dois mapas.
Figura 134: Utilização do recurso computacional render to texture
Fonte: a autora.
Assim, perceber-se que primeiro a imagem bidimensional é aplicada na
superfície da sandália no espaço euclidiano conforme o mapa 2, que define a
distribuição dessa imagem sobre a sandália. Essa correspondência está
representada pela linha vermelha (Figura 134 - b e c). Num segundo momento,
ativa-se a ferramenta render to texture e a imagem aplicada na superfície da
sandália no espaço euclidiano é planificada e distribuída no plano conforme o mapa
128
1. Essa correspondência está representada pela linha verde (Figura 134 - b e d). Em
ambas as correspondências, para cada ponto (x, y, z) da imagem aplicada na
superfície da sandália no espaço tridimensional, existe uma correspondência de
pontos (u, v), ora no mapa 2, ora no mapa 1. Quando a imagem aplicada na
superfície da sandália no espaço euclidiano é planificada e distribuída conforme o
mapa 1, está gerando-se a “imagem 2D distorcida” desejada (Figura 134 - e).
Ao final da etapa 3, verifica-se a eficácia do método ainda no meio
computacional, isto é, aplica-se a “imagem 2D distorcida” (Figura 135) na superfície
da sandália no espaço tridimensional, de modo que a mesma seja distribuída na
superfície de acordo com o mapa 1.
Figura 135: Imagem 2D distorcida
Fonte: a autora
Se a imagem estiver sem as distorções, o método foi eficaz. Essa verificação
está representada na Figura 136.
Figura 136: Verificação computacional do método - “imagem 2D distorcida”
aplicada na superfície da sandália tridimensional, conforme mapa 1
Fonte: a autora.
129
Na Figura 137 (a) percebe-se que o meio da imagem ficou interrompido, pois
optou-se por dar preferência à lateral da sandália onde o problema das distorções é
crítico.
Figura 137: (a) imagem 2D distorcida; (b) miolo; (c) imagem 2D distorcida com miolo
Fonte:aautora
Para que a sandália seja totalmente revestida no topo, constrói-se o topo da
imagem (Figura 137 - b), no plano, em um software de edição de imagem vetorial, e
após, exporta-se a imagem para o formato bitmap. Para que a escala dos elementos
visuais da lateral da sandália fiquem proporcionais aos elementos visuais do topo,
utiliza-se a “imagem 2D distorcida” (Figura 137 - a) como referência visual.
Posteriormente, mescla-se em um software de edição de imagem bitmap, as duas
partes desenvolvidas, Figuras 113 (a) e (b), constituindo a imagem final a ser
aplicada na sandália, representada na Figura 137 (c).
A seguir têm-se os protótipos executados na fábrica para a verificação do
método na prática industrial. Nas Figuras 138 e 139 apresentam-se os protótipos
finais, um acima do outro, para verificar-se a diferença existente nos produtos sem e
com aplicação do método.
130
Figura 138: Protótipo sem a aplicação do método de controle de distorção
Fonte:Imagemdaautora,protótipoproduzidopelaGrendene®paraestapesquisa
Figura 139: Protótipo com a aplicação do método de controle de distorção
Fonte:Imagemdaautora,protótipoproduzidopelaGrendene®paraestapesquisa
131
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
Ao término desta pesquisa que teve por objetivo desenvolver um método de
controle de distorção adequado ao design de superfície de produto industrial com
forma tridimensional não planificável produzido em larga escala, de modo a
minimizar as distorções gráficas procedentes da aplicação de uma imagem
bidimensional em um objeto tridimensional com superfície não planificável,
considerando a complexidade da geometria do objeto, o material e o processo de
fabricação utilizados chega-se a algumas conclusões e sugestões para trabalhos
futuros.
Em relação ao objetivo geral acima descrito, pode-se concluir que o método
de controle de distorção mostrou-se eficaz através da verificação nos protótipos
físicos, produzidos nas estruturas fabris das três empresas envolvidas. Através dos
testes comprovou-se que a correspondência entre o espaço euclidiano e o espaço
paramétrico possibilita que uma imagem bidimensional seja mapeada na superfície
do objeto tridimensional com geometria não planificável e também o inverso, ou seja,
que uma imagem já aplicada na superfície do objeto tridimensional não planificável
seja planificada, contendo as distorções equivalentes a não correspondência de
geometria entre as superfícies envolvidas (a plana e a tridimensional), isto é, a
“imagem 2D distorcida”. Ainda dentro do objetivo geral, pode-se concluir também
que, além de considerar as variáveis de não correspondência geométrica entre as
duas superfícies envolvidas, o método também considera as variáveis de processo e
de materiais, pois através do protótipo de referência física pode-se neutralizar os
efeitos dessas variáveis. Cabe ressaltar que essas variáveis estavam sendo
consideradas no início desta pesquisa, como variáveis, pois somente quando se
estava estabelecendo a estrutura do método percebeu-se que o protótipo de
referência física possibilitava a neutralização dos efeitos das duas variáveis
(processos de fabricação e materiais).
Através dos testes comprovou-se que esses recursos, comumente utilizados
pela indústria de desenhos animados e de games virtuais, também podem ser
utilizados pela indústria de produtos manufaturados produzidos em série.
132
Por meio dos três testes verificou-se que as “imagens 2D distorcidas” ficaram
adequadas aos respectivos produtos, compensando de fato as distorções. No
entanto, nota-se também que ajustes são necessários, pois através dos protótipos
de verificação física apresentados, pode-se perceber que ainda persistem algumas
distorções indesejadas, que podem estar ocorrendo por motivos distintos e até
mesmo cumulativos. Entre essas causas, pode-se se citar a não correspondência
exata de geometria entre o objeto físico e o virtual (etapa 1 modelagem); a não
correspondência de distribuição da imagem aplicada no objeto virtual e no físico
(etapa 1 construção do mapa 1); variáveis extremas de processo de tratamento da
superfície na fábrica, como, por exemplo, falta de precisão de equipamentos ao
aplicar a imagem sobre o objeto.
Em termos de viabilidade financeira, conclui-se que o método é viável
economicamente para produtos produzidos em série, tanto em otimização de horas
de trabalho quanto em custos com materiais de desenvolvimento. Em relação às
horas de trabalho o método é extremamente eficaz, pois, depois de construídos os
mapas 1 e 2, estes podem ser utilizados em outros projetos de superfície,
necessitando-se apenas pequenos ajustes em alguns casos. Cabe ressaltar que os
mapas construídos são válidos apenas para os produtos com geometria idêntica, ou
seja, a cada nova geometria necessita-se um novo desenvolvimento com a
aplicação do método na íntegra. Quanto ao custo dos materiais de desenvolvimento,
seria necessário considerar um software de modelagem que contenha os recursos
apresentados na pesquisa, e a cada nova geometria, o custo de um protótipo de
referência para consideração das variáveis de processo.
Concluindo este estudo, é importante ressaltar que a cada momento surgem
novos recursos fornecidos pela computação gráfica que auxiliam na texturização de
objetos virtuais, e que o diferencial deste estudo se concretizou na adaptação e
verificação de apenas alguns desses recursos, que foram direcionados à realidade
física de indústrias de produtos manufaturados produzidos em série, contribuindo
para o aperfeiçoamento de produtos que geram maior força competitiva.
A partir desta pesquisa também pode se concluir que é cada vez mais estreita
a relação entre design visual e de produto. Através dos protótipos de verificação
percebe-se que um design integrado pode representar um diferencial competitivo.
133
De forma mais ampla, conclui-se que outro diferencial deste estudo foi ter
ampliado e intensificado a pesquisa interdisciplinar desenvolvida entre a
universidade e a indústria, contribuindo para o crescimento e melhoria de processos
e produtos brasileiros, ao envolver três grandes empresas nacionais neste projeto de
pesquisa.
Como sugestão para trabalhos futuros, propõe-se pesquisar o problema das
distorções em superfícies não planificáveis com relevo, denominados mapeamentos
de rugosidade (bump-mapping).
Sugere-se ainda a pesquisa de adaptação e/ou verificação desse método em
embalagens, onde utilizam-se com freqüência processos como shrink, in mold label,
sleeve.
Outra direção seria o estudo de processos de automação de leitores ópticos
que possibilitem aprimorar a correspondência entre a disposição da imagem no
protótipo de referência e a disposição da imagem no modelo virtual, o que neutraliza
ainda mais as variáveis de processo industrial e permite que esse método seja ainda
mais eficaz.
134
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