PROJECTION MAPPING NA INDÚSTRIA
Camilo Espinoza
UEFS - PPGDCI
cpf.espinoza@gmail.com
Resumo
O
Projection Mapping, mais famoso no campo das artes como formato audiovisual, está
presente também em casos de utilização na área industrial, por exemplo em sistemas de segurança
para trabalho cooperativo homem-robô, na localização do projetor laser, na
precisão, profundidade de foco e autofocus de um projetor DLP, robótica móvel
cooperativa na construção naval, robôs colaborativos habilitados para
aplicações de montagem e fabricação de aço, etc. A utilização do Projection
Mapping na indústria reforça a percepção da técnica desvinculada de qualquer
ideologia ou tendência estética.
Palavras-chave: Projection
Mapping, Indústria, Augmented Reality.
1 Introdução
Incentivado
na disciplina Desenho, Ciência e Tecnologia, o
presente artigo de revisão bibliográfica desvenda um campo de utilização do
Vídeo Mapping, Projection Mapping ou como é mais conhecido na área Augmented
Reality, realidade aumentada. Nesse artigo procuro ilustrar como o Projection
Mapping é utilizado na Indústria, assim como fazer uma análise sucinta sobre o
fenômeno paralelo às outras utilizações.
Os termos utilizados na
pesquisa são estratégicos nos resultados obtidos, assim o termo "Vídeo
Mapping" não rende tantos resultados nesse escopo, por sua vez
"Projection Mapping" revelou duas Dissertações de Mestrado da Faculdade
de Engenharia da Universidade do Porto que por si sós mereceriam um artigo
sobre as mesmas e a Faculdade em questão. Após essa constatação, o termo
"Augmented Reality Industry" revelou largamente estudos
internacionais, notadamente pela Editora Elsevier.
2 Desenvolvimento
"Vídeo Mapping, dentro
os formatos audiovisuais tridimensionais, é o formato que tem uma relação
peculiar com a representação do desenho ao ponto de ser questionável se o
mapeamento dos contornos dos objetos é um desenho, já que no estado de
mapeamento a representação é igual ao objeto. Para Victor Vasarely não há
contornos ou os contornos são arbitrários e convencionais, nessa perspectiva o
mapeamento é um desenho na seqüência animada do mapeamento, os frames que
buscam enganar a percepção, em si, são desenhos porque tem uma existência
própria e representam a localização anterior ao objeto mapeado. Em suma, quando
o mapeamento está no mesmo local do objeto é um decalque do objeto, quando se
move é uma projeção gráfica que busca representar fisicamente o objeto. Há mais
recursos de exploração gráfica do vídeo mapping enquanto desenho no vídeo
mapping enquanto desenho no vídeo mapping 3D que no 2D, apesar que no caso
específico dos contornos dos objetos é sempre 3D. O Vídeo Mapping 3D transforma
os objetos em desenhos animados."
Após essa rápida teorização sobre o Desenho
no meu projeto de pesquisa, e debatendo em sala sobre a disciplina em si,
lembrei de uma Dissertação da U Porto Sistema Projection Mapping Adequado a Robótica Móvel
e Cenas Complexas, de Hugo José Magalhães Costa
que por se afastar do meu objeto de pesquisa não tinha lido. A Dissertação trás
o registro da História do Vídeo Mapping, como todas as Dissertações sobre o
tema, e pelo registro da História o Vídeo Mapping talvez seja uma exceção da
tese de Silvio Zamboni no seu livro A Pesquisa em Arte, de que a
Indústria é o carro chefe que puxa o desenvolvimento tecnológico do qual a Arte
se beneficia na utilização nas suas práticas. Na sua célebre obra Displacements, Michael Naimark há de ter utilizado instrumentos
desenvolvidos para fins industriais, mas como argumento também desenvolvido por
Zamboni, a divisão entre razão e emoção assim como Arte e Técnica talvez sejam
inexistentes. O fato é que o uso artístico do Vídeo Mapping têm desenvolvido
maquinário e softwares específicos para o uso artístico, e é um fenômeno
interessante de analisar como a Arte destrincha novas situações das quais é
possível inferir novas técnicas para novos usos, independente da ideologia e da
área da atividade. Por exemplo, softwares específicos da Apple para a produção
do Vídeo Mapping, tais como Madmapper Millumin,
Resolume Arena 4, etc, ou
aparelhos como o Lightform, um projetor com capacidade de cálculo espacial do
mapeamento, foram desenvolvidos para fins artísticos mas o conhecimento da sua
capacidade na medida em que seja acumulado e lembrado pode servir a melhorias,
por exemplo quanto à eficiência de processos, como veremos a seguir.
A diversidade de processos empregues na indústria
associada à soldadura é cada vez maior, pelo que um soldador, geralmente, não
tem experiência suficiente em todas as áreas. Para além disso, como a tarefa de
soldadura requer muita concentração e precisão, mesmo os soldadores mais
qualificados deparam-se com algumas dificuldades. Assim, com o objetivo de
aumentar a qualidade de produção e a eficiência económica das PME, surgiram
algumas alternativas à soldagem clássica manual. Dessas alternativas,
destacam-se a utilização de máscaras de realidade aumentada e a aplicação de
robôs programados para realizar soldagem sem intervenção humana.
Um manipulador industrial equipado com um projetor e
um sensor de projected stereo auxilia significativamente as tarefas de
soldagem manual. Primeiro, o manipulador posiciona a peça e efetua pingagem
sobre ela, e, depois, o operador faz o cordão de soldadura completo.
Aliado a este sistema, é conveniente a existência de
um software de monitorização do mesmo. Se um ficheiro CAD não estiver
correto ou se a sua projeção não for a pretendida no elemento a soldar, o
utilizador pode facilmente proceder às alterações que achar adequadas (Figura 1).
Projection mapping na
indústria
Christian Vogel et al
desenvolveram um sistema de segurança para trabalho cooperativo homem-robô,
usando equipamentos óticos: um projetor e duas câmaras. O sistema proposto é
capaz de projetar uma barreira de luz no espaço de trabalho do robô, que é
considerado como interdito. A barreira de luz é dinâmica, isto é, adapta-se a
cada movimento do robô. Assim, as violações do espaço de segurança são
detetados por interrupção desses padrões (Figura 2). Desta forma, conseguem-se
garantir condições de segurança para cenários de coexistência entre seres
humanos e robôs.
Existem outras soluções de projection
mapping aplicadas na indústria. Essencialmente, têm por objetivo diminuir
custos de trabalho e aumentar a eficiência das tarefas em que determinada
empresa se envolve.
Interação Humano-Robô
Interação
humano-robô (HRI) tem sido alvo de muita atenção a nível acadêmico, em
laboratórios de investigação, em empresas de tecnologia e por todos os meios de
comunicação. Dedica-se ao entendimento, design e avaliação de sistemas
humano-robô para uso por humanos ou colaborativo. Existem dois tipos de
interação distinguíveis. O primeiro, a interação remota onde o robô e o humano
estão separados espacialmente ou até temporalmente, e a segunda, a interação de
proximidade onde o operador e o robô são colocados no mesmo espaço. Robôs estão
a preencher cada vez mais papeis na sociedade de hoje em dia, desde automação
de fábricas, serviços, aplicações médicas ou até entretenimento. Inicialmente,
eram usados em tarefas repetitivas onde toda a informação era disponibilizada
pelo humano à priori. Agora, estão cada vez mais envolvidos em cenários
complexos e menos estruturados, e as atividades incluem interação com as
pessoas necessárias para completar as tarefa designadas. É importanteperceber
como funciona esta interação, as métricas comuns, onde se pode intervir, e como
desenhar
e
implementar um sistema capaz de realizar as necessidades interativas requeridas
pela tarefa, ou pelo ambiente. A primeira vez que HRI foi introduzida pelo
Isaac Asimov foram criadas três leis:
1. "A robot may not injure a human
being or, through inaction, allow a human being to come to harm";
2. "A robot must obey orders given it
by human beings except where such orders would conflict with the First
Law";
3. "A robot must protect its own
existence as long as such protection does not conflict with the First or Second
Law".
HRI
possui diversos desafios. Por exemplo, Multi-Modal Perception é a perceção
real-time e lidar com incertezas na aquisição vinda dos sensores. Outro desafio
é o Design and Human Factors: O design do robô é um aspeto importante de HRI. A
personificação, forma e nível de antropomorfismo, simplicidade e complexidade
são áreas de principal relevância. Dentro destas categorias gerais, é útil
decidir se a HRI se aplicará a uma aplicação que requeira mobilidade,
manipulação física ou interação social. Interação entre humanos e robôs está
presentes em toda a robótica, mesmo em robôs autónomos, e portanto, é
necessário entender como desenhar uma interface que satisfaça as condições
impostas para a tarefa.
Sistema genérico para HRI baseada em projection mapping
Os
projetos apresentados possuem requisitos muito semelhantes e assim sendo foi
definida um arquitetura genérica capaz de os cumprir, a qual será depois implementada
tendo em consideração o projeto em causa. O conceito HRI (Human-Robot
interaction), tal como o termo indica, é a existência de comunicação uni ou
bidirecional entre um utilizador e um sistema robótico. Para atingir este
objetivo a aplicação deve ser capaz de recolher informação do meio relativa a
ordens do utilizador e localização, processar, analisar e agir em conformidade
e por fim comunicar de volta através de projection mapping fechando a malha de
comunicação. Estas etapas devem ser executadas de forma sequencial,
inicialmente a aplicação recolhe informações do meio relativas aos comandos do
utilizador, comunica com o sistema robótico para saber a sua localização 6DoF e
consequente posição do projetor no mundo e importa os ficheiros de dados
associados ao ambiente em questão. Estes ficheiros são uma representação
tridimensional do mundo que é constituído por tudo que rodeia o robô, desde as
paredes e infraestruturas locais até aos objetos que o populam desde mesas e
cadeiras em ambientes de escritório a outros robôs e obstáculos em meio
industrial. É neste ambiente que o utilizador deve ser capaz de estabelecer comunicação
com o sistema robótico podendo esta acontecer de inúmeras maneiras tais como:
apontador laser, luvas instrumentadas, marcadores, sistemas de reconhecimento
de voz e ou gestos, controladores genéricos (joystick, comandos da Wii ou
Playstation), um ecrã tátil ou reconhecimento de toque no meio, até um rato de
computador. De entre todas estas opões a solução adotada deve ter em conta o
meio em questão, por exemplo se houver muita poluição sonora a utilização de
comandos de voz pode não ser viável por outro lado gestos ou um ponteiro laser
não são influenciados. Em seguida, todos estes dados, que dependendo do tipo de
interação podem ser imagens, nuvens de pontos, ficheiros de som, entre outros,
têm de ser filtrados e processados por forma a identificar o comando certo.
Estes despoletam ações internas para seleção de informação, de entre a
importada dos ficheiros, a ser exibida ao utilizador a qual é convertida em
imagens e processada de acordo com a localização do robô com algoritmos de
projection mapping para se adaptar a superfície de projeção. A esta imagem
podem ser adicionas caixas de diálogo para interação com o utilizador.
Por fim,
a imagem gerada é projetada no meio e a interface gráfica atualizada com os
novos dados, fechando a malha de comunicação desde o pedido até à sua execução
e exibição. (Figura 3)
Referências
https://lightform.com/
http://projection-mapping.org/which-projection-mapping-software/
ZAMBONI, Silvio. A Pesquisa em Arte, Editora Autores
Associados, Campinas, 2001.
COSTA, Hugo José
Magalhães. Sistema Projection Mapping Adequado a Robótica Móvel e Cenas
Complexas. FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO, 2015.
COSTA, Marta
Ventura. Metodologias de calibração de
projetores para aplicações robóticas de projection mapping. Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto, 2016.
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