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Uma nova interface baseada na Web permite modificações fáceis em designs 3D imprimíveis, capacitando os novatos a alcançar em minutos o que normalmente exigiria horas de experiência em design auxiliado por computador.
Uma nova interface baseada na Web permite uma ampla gama de modificações em projetos básicos que podem ser impressos em uma impressora 3D, permitindo que os novatos façam em minutos o que os especialistas em projetos auxiliados por computador levariam horas.
A tecnologia por trás da impressão 3D está se tornando cada vez mais comum, mas a capacidade de criar designs para ela não é. Qualquer projeto, exceto os mais simples, requer experiência com aplicativos de design auxiliado por computador (CAD) e, mesmo para os especialistas, o processo de design consome muito tempo.
Pesquisadores em MIT e o Centro Interdisciplinar Herzliya, em Israel, pretendem mudar isso, com um novo sistema que transforma automaticamente arquivos CAD em modelos visuais que os usuários podem modificar em tempo real, simplesmente movendo controles deslizantes virtuais em uma página da Web. Assim que o design atender às especificações do usuário, ele aperta o botão de impressão para enviá-lo para uma impressora 3D.
“Vislumbramos um mundo onde tudo o que você compra pode ser potencialmente personalizado, e tecnologias como a impressão 3D prometem que isso pode ser econômico”, diz Masha Shugrina, estudante de pós-graduação em ciência da computação e engenharia do MIT e uma das novas projetistas do sistema. “Portanto, a pergunta que pretendemos responder foi: 'Como você realmente permite que as pessoas modifiquem designs digitais de uma forma que os mantenha funcionais?'”
Para um usuário de CAD, modificar um projeto significa alterar os valores numéricos nos campos de entrada e depois esperar até um minuto enquanto o programa recalcula a geometria do objeto associado.
Uma vez finalizado o projeto, ele deve ser testado usando um software de simulação. Para projetos destinados a impressoras 3D, a conformidade com as especificações das impressoras é um desses testes. Mas os projetistas normalmente também testam seus projetos quanto à estabilidade e integridade estrutural. Esses testes podem levar de vários minutos a várias horas e precisam ser executados novamente sempre que o projeto for alterado.
Abordamos o problema de permitir que usuários casuais personalizem modelos paramétricos enquanto mantêm seu estado válido como objetos funcionais imprimíveis em 3D. Definimos Fab Form como qualquer representação de design que se presta à personalização interativa por um usuário novato, ao mesmo tempo que permanece válida e fabricável. Propomos um método para atingir esses requisitos do Fab Form para projetos paramétricos gerais marcados com um conjunto geral de testes de validade automatizados e um pequeno número de parâmetros expostos ao usuário casual. Nossa solução separa a avaliação do Fab Form em um estágio de pré-computação e um estágio de tempo de execução. Partes da geometria e da validade do projeto (como capacidade de fabricação) são avaliadas e armazenadas no estágio de pré-computação por meio de amostragem adaptativa do espaço de projeto. Em tempo de execução, o restante da avaliação é executado. Isso permite a navegação interativa nas regiões válidas do espaço de design usando uma interface de usuário (UI) da Web gerada automaticamente. Avaliamos nossa abordagem convertendo vários modelos paramétricos em Fab Forms correspondentes.
Trabalho avançado
Shugrina e seus colaboradores – seu orientador de tese, Wojciech Matusik, professor associado de engenharia elétrica e ciência da computação no MIT, e Ariel Shamir do IDC Herzliya – estão tentando transformar o design visual em algo que os novatos possam fazer em tempo real. Eles apresentaram seu novo sistema, apelidado de “Fab Forms”, na conferência Siggraph da Association for Computing Machinery, em agosto.
Fab Forms começa com um design criado por um usuário experiente de CAD. Em seguida, ele percorre uma ampla gama de valores dos parâmetros do projeto — os números que um usuário de CAD normalmente alteraria manualmente — calculando as geometrias resultantes e armazenando-as em um banco de dados.
Para cada uma dessas geometrias, o sistema também executa uma bateria de testes, especificados pelo projetista, e armazena novamente os resultados. Todo o processo levaria centenas de horas em um único computador, mas em seus experimentos os pesquisadores distribuíram as tarefas entre servidores na nuvem.
Em seus experimentos, os pesquisadores usaram oito designs, incluindo um sapato de salto alto, um jogo de xadrez, um carrinho de brinquedo e uma caneca de café. O sistema coleta amostras de valores suficientes dos parâmetros de projeto para oferecer uma boa aproximação de todas as opções disponíveis, mas esse número varia de projeto para projeto. Em alguns casos, foram apenas alguns milhares de amostras, mas em outros, foram centenas de milhares. Os pesquisadores também desenvolveram algumas técnicas inteligentes para explorar semelhanças nas variações de design para compactar os dados, mas o maior conjunto de dados ainda ocupava 17 gigabytes de memória.
Interface intuitiva
Finalmente, o sistema gera uma interface de usuário, uma página Web que pode ser aberta em um navegador comum. A interface consiste em uma janela central, que exibe um modelo 3D de um objeto, e um grupo de controles deslizantes, que variam os parâmetros de design do objeto. O sistema elimina automaticamente todos os valores de parâmetros que levam a designs não imprimíveis ou instáveis, de modo que os controles deslizantes ficam restritos a designs válidos.
Mover um dos controles deslizantes – alterando a altura do salto do sapato, por exemplo, ou a largura da base da caneca – percorre representações visuais das geometrias associadas, apresentando em tempo real o que levaria horas para ser calculado com um programa CAD. “A densidade da amostra é alta o suficiente para parecer contínua para o usuário”, diz Matusik.
Se, no entanto, um usuário particularmente perspicaz desejar um valor para um parâmetro que esteja entre duas das amostras armazenadas no banco de dados, o sistema poderá acessar o programa CAD, calcular a geometria associada e, em seguida, executar testes nela. Isso pode levar vários minutos, mas nesse ponto o usuário terá uma boa ideia de como deve ser o design final.
“A Autodesk simplificou versões deste projeto”, diz Ryan Schmidt, principal cientista pesquisador sênior e chefe do Grupo de Design e Fabricação da Autodesk Research, o braço de pesquisa do fabricante líder de software CAD. “Temos uma coisa chamada Projeto Shapeshifter que é muito semelhante ao que muitas outras pessoas estão fazendo agora, que é criar esses geradores de geometria que possuem um modelo paramétrico que você pode explorar. Mas todos eles têm este problema comum: você pode facilmente fazer algo que não funcione na sua impressora. O que achei super empolgante neste trabalho é que ele pode impedir que você projete algo que não será impresso ou que não será forte o suficiente depois de impresso.”
“Assim que vi a palestra (Siggraph), enviei para as pessoas que trabalham no Shapeshifter e disse: 'Vocês deveriam ficar com isso'”, acrescenta. “Os controles deslizantes são uma interface para o que eles fizeram, mas a tecnologia subjacente na verdade tem uma aplicação muito mais ampla, eu acho, do que apenas este produto de consumo para iniciantes em CAD.”
Referência: “Fab Forms: Customizable Objects for Fabrication with Validity and Geometry Caching” por Maria Shugrina, Ariel Shamir e Wojciech Matusik, 27 de julho de 2015, Transações ACM em Gráficos (SIGGRAPH 2015).
DOI: 10.1145/2766994
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