O Smithsonian e a digitalização 3D da história

June 24, 2019

Artigo publicado originalmente em engineering.com em 11 de outubro de 2018.


O SMITHSONIAN FECHOU PARCERIA COM A FARO® PARA DIGITALIZAR SEU ACERVO

A tecnologia de digitalização 3D, em rápida evolução no momento, mapeia objetos do ambiente físico e os transforma em modelos 3D digitais. São muitas as suas aplicações da digitalização 3D, e ela é cada vez mais utilizada em processos de controle e garantia de qualidade. Hoje, no entanto, vamos deixar o universo da manufatura por um momento para discutir como a digitalização 3D é utilizada no setor de GLAM (sigla em inglês para “Galerias, Bibliotecas, Arquivos e Museus”).

Vince Rossi captura o esqueleto de uma baleia com o FARO ScanArm para pesquisa.
 

O DEPARTAMENTO DO PROGRAMA DE DIGITALIZAÇÃO DO SMITHSONIAN

O Smithsonian Institute é composto por 19 museus, nove centros de pesquisa e um zoológico nacional, distribuídos por todo o território dos Estados Unidos. Ele conta com um vasto acervo de cerca de 155 milhões de objetos, artefatos e espécimes. Os itens, que variam desde insetos a aeronaves, representam um registro histórico de ciência, história, arte, natureza e muito mais.

A missão do departamento responsável pelo programa de digitalização é capturar todos esses objetos em 3D.

"O objetivo do nosso grupo é refletir sobre como podemos usar ferramentas de digitalização e medição 3D para desenvolver pesquisas e oferecer maior acesso a esses objetos", diz Vincent Rossi, diretor sênior do departamento. "Nosso trabalho envolve os 19 museus e os nove centros de pesquisa do instituto. A equipe é composta por cinco profissionais, que compõem uma pequena startup dentro do universo do Smithsonian."

De acordo com o instituto, sua principal missão é aumentar e difundir o conhecimento. Para atingir esse objetivo, o departamento utiliza a tecnologia de digitalização 3D de várias formas diferentes. A mais óbvia delas é o registro dos objetos da coleção para a posteridade e para oferecer um acesso mais universal a eles. O acervo é absolutamente imenso, e menos de 1% dele será exibido fisicamente ao longo do tempo. Após a digitalização, os itens poderão ser disponibilizados virtualmente para que muito mais pessoas possam ter acesso à coleção.

Mas o departamento não quer apenas digitalizar itens e compartilhar seus modelos:ele deseja disponibilizá-los a curadores e pesquisadores especializados para incorporar as histórias desses modelos e conectá-los ao ambiente físico.

"O verdadeiro objetivo do nosso departamento, e do Smithsonian como um todo, é transformar esses modelos em 3D em ferramentas de aprendizado e descoberta", diz Rossi.


ENGARE SERO E CERRO BALLENA

Modelo em 3D do fóssil de baleia MPC 675, encontrado em Cerro Ballena. (Imagem de cortesia do Smithsonian.)

O departamento do programa de digitalização também está usando a tecnologia 3D para auxiliar as pesquisas realizadas no instituto.

"Estudos muito sérios são conduzidos aqui. Afinal, somos um instituto de pesquisa. Muitas das nossas exposições são resultado dessas pesquisas que realizamos", diz Rossi. "Portanto, também usamos as ferramentas de digitalização 3D para oferecer suporte às pesquisas realizadas no Smithsonian e em outras partes do mundo."

Em 2010, a equipe de Rossi visitou a Tanzânia para conhecer o Engare Sero, sítio arqueológico onde foram encontradas pegadas humanas antigas. Na época, o departamento utilizava uma tecnologia um pouco mais antiga:foram capturadas 1.200 imagens com a câmera Canon EOS 5D Mark II, de 21,1 megapixels. Utilizando um software de fotogrametria originalmente desenvolvido para a indústria mineradora na Austrália, Rossi e sua equipe geraram nuvens de pontos de três das antigas pegadas humanas. Desde então, eles reprocessaram os dados para produzir malhas com resolução ainda mais alta.

Vistas superior e lateral da pegada H12 em Engare Sero, capturadas em 2010. (Imagem de cortesia do Smithsonian.)

Em sua segunda viagem internacional, a equipe visitou o sítio Cerro Ballena, localizado no deserto do Atacama (Chile). Durante a construção de uma rodovia, os trabalhadores da obra encontraram dezenas de ossos de baleias que, posteriormente, identificou-se terem mais de cinco milhões de anos. As obras foram interrompidas e o departamento do programa de digitalização foi chamado para registrar modelos 3D do sítio.

"As informações contextuais sobre como os fósseis estavam dispostos no solo eram importantes para o pesquisador", explica Rossi. "No método típico de documentação, o profissional faria uma representação linear da área e desenharia a localização aproximada de cada fóssil no papel. Claro, também seriam tiradas várias fotografias. Com os dados 3D, pudemos fazer um registro desse momento da pesquisa com maior precisão e uma resolução incrível."

Para documentar o sítio, a equipe usou o FARO ScanArm e o FARO Focus Laser Scanner. O braço articulado havia sido projetado para uso em laboratórios, e não no deserto. Por causa disso, foi necessário construir uma base móvel para ele, utilizando concreto e madeira compensada. A solução improvisada funcionou. Segundo Rossi, o projeto proporcionou uma experiência de aprendizado muito interessante.

"Na época, éramos usuários iniciantes das ferramentas. Foi a primeira vez que usamos o ScanArm. Fizemos a digitalização com resolução pixel a pixel de um fóssil de baleia de mais de nove metros. Com a experiência que temos hoje, sabemos que isso foi algo insano", afirma.

Hoje, o FARO ScanArm é ferramenta indispensável para o departamento do programa de digitalização. “Com o FARO ScanArm, conseguimos capturar a geometria com alta resolução e precisão. Por ser um dispositivo portátil, já viajamos o mundo todo com ele," diz Rossi.


OS DESAFIOS DA DIGITALIZAÇÃO 3D

O departamento do programa de digitalização utilizou o novo 8-Axis (imagem à esquerda) para digitalizar um artefato (imagem à direita).

A digitalização 3D traz alguns desafios à comunidade do setor de GLAM. Um deles é comum a todos os usuários da tecnologia: alguns materiais geram digitalizações melhores que outros. E os 155 milhões de objetos do Smithsonian apresentam uma grande diversidade de materiais.

"A digitalização de superfícies com alto grau reflexivo impõe desafios a vários scanners", explica Rossi. "Objetos translúcidos e transparentes também são complexos. Há também a questão do tamanho. Usamos diferentes ferramentas e tipos de software para a digitalização de uma abelha e de uma aeronave, por exemplo."

Mas a heterogeneidade dos objetos não é o maior problema enfrentado pela equipe,e sim a enorme quantidade de tempo necessária para digitalizar todos esses 155 milhões de itens — principalmente por um time de apenas cinco pessoas.

"Para cada hora em campo, precisamos de cerca de oito horas de processamento", Rossi comenta. "O que mais precisamos no momento é de uma ferramenta que acelere a captura e reduza o tempo de post-processing."

O departamento está particularmente interessado no 8-Axis FAROArm®, um scanner 3D que conta com uma plataforma giratória para acelerar a captura de dados. A equipe já teve a oportunidade de testar o 8-Axis FAROArm e, em breve, poderá contar com seu próprio equipamento. Além de ajudar a acelerar a captura de dados, a base giratória promete também dar suporte a outro aspecto importante para a digitalização no setor:o manuseio de objetos.

"No momento, damos grande importância a uma solução que nos ajude a minimizar o manuseio de objetos", diz Rossi. "Na verdade, esse é o processo mais crítico de todos. Seria terrível se, durante o processo, acontecesse algo com objetos tão únicos, como a luva usada por Neil Armstrong. Por isso, reduzir o manuseio ao mínimo é algo muito importante e prioritário para a nossa equipe."


O QUE ESTÁ POR VIR NO DEPARTAMENTO DO PROGRAMA DE DIGITALIZAÇÃO

Quando não está digitalizando o imenso acervo do Smithsonian Institute, a equipe trabalha diligentemente na criação de ferramentas 3D que possam ajudar a facilitar e garantir maior acesso a seus projetos. No momento, os profissionais estão desenvolvendo uma ferramenta de código aberto para automatizar alguns dos passos de post-processing relacionados à captura de dados 3D.

"Para nós, é essencial pensar em formas de otimizar o tempo de processamento para podermos, então, aumentar o escopo do projeto. O que podemos fazer para acelerar o processo de digitalização da imensa coleção do instituto?Os métodos manuais que usamos atualmente dão grande segurança ao trabalho, mas não nos ajudam a fazer avanços significativos em termos quantitativos."

A equipe também está desenvolvendo uma extensão para o formato de arquivo gITF para oferecer suporte a anotações em 3D. Isso é importante para atingirmos nosso objetivo de não só compartilhar modelos 3D, mas também contar histórias e oferecer conhecimento ao público. Se tudo der certo, a extensão criada pelo Smithsonian será adotada por diversos fornecedores e, potencialmente, incorporada ao formato gITF.

Quaisquer que sejam os próximos passos do departamento, eles só serão possíveis graças à ajuda de seus parceiros. Cerca de 60% do orçamento do Smithsonian provém do governo federal, e o restante é garantido por campanhas de arrecadação e parcerias com empresas como a FARO.

"Temos uma parceria excelente com a FARO", comenta Rossi. "Por meio de relacionamentos como esse, temos acesso a tecnologias que não caberiam no orçamento do Smithsonian."

Para ver os modelos 3D mencionados neste artigo (e muitos outros), acesse 3d.si.edu.

A FARO Technologies não teve nenhuma influência sobre o conteúdo publicado.Todo o material é de minha autoria. — Michael Alba

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