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Ano: 2000  Vol. 4   Num. 2  - Abr/Jun Print:
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Reprodues impressas de imagens tridimensionais estereoscpicas para ensino, demonstraes e documentaes
Author(s):
1Guilherme Carvalhal Ribas, 2Ricardo Ferreira Bento, 3Aldo Junqueira Rodrigues
Palavras-chave:
ensino, trs dimenses.
Resumo:

So aqui discutidas as noes bsicas e os principais mtodos de reproduo de imagens realmente tridimensionais, denominadas de estereoscpicas, com nfase particular sendo dada ao mtodo anaglfico para impresso de tais imagens, com finalidade principal de ensino e documentao.

Introduo

Apesar de vivermos em um mundo fisicamente tridimensional, as nossas tcnicas de ensino e de documentao em todos os campos baseiam-se fundamentalmente no emprego da linguagem oral e escrita e em reprodues bidimensionais. Por outro lado, a familiaridade com quaisquer elementos ou ambientes tm como uma das suas caractersticas mais marcantes a noo clara e segura da sua tridimensionalidade, o que permite que a sua abstrao mental seja feita de maneira imediata e variada.

O desenvolvimento recente de tcnicas fotogrficas e de informtica vieram permitir a modernizao de antigos mtodos de desenvolvimento de imagens estereoscpicas, melhorando a sua qualidade e viabilizando a sua produo em maior escala.

Material e Mtodo

As imagens estereoscpicas sempre se baseiam na fuso de pelo menos duas imagens, uma obtida a partir de um ponto de vista mais esquerda e outra de um ponto de vista mais direita do elemento a ser reproduzido. Devem ser vistas com a utilizao de artifcios que possibilitem que cada olho visualize apenas a sua respectiva imagem primria de forma a imitar a observao direta do elemento com os nossos dois olhos. Estes artifcios so constitudos por diferentes tcnicas de polarizao e as imagens resultantes podem ser impressas, projetadas ou visualizadas em monitores. A utilizao de culos constitudos por filtros apropriados, por sua vez faz com que cada olho possa visualizar a sua respectiva imagem.1-4

As imagens direita e esquerda so denominadas em conjunto de estereopar e o deslocamento aparente do objeto fotografado a partir dos dois pontos de vista diferentes denominado de paralaxe, o qual pode ser notado como uma separao existente entre as duas imagens quando superpostas.1-4

Na prtica, o estereopar pode ser obtido com o emprego de duas cmeras separadas por uma distncia proporcional ao elemento fotografado e a distncia pupilar normal (62 a 66mm), sendo a regra mais conhecida aquela que permite calcular tal distncia como devendo ser numericamente igual a 1/30 da distncia entre as cmeras e o elemento a ser fotografado. A utilizao de um trilho que permita o deslocamento de uma nica cmera, a adaptao de espelhos divisores de imagem frente tambm de uma nica cmera e o uso de cmeras feitas especialmente para fotografia estereoscpica constituem outras alternativas usuais para este fim.4

Para a documentao estereoscpica de peas anatmicas e de procedimentos cirrgicos pode-se utilizar cmeras de 35mm acopladas a objetivas para macrofotografia ou acoplar uma cmera de cada lado do microscpio cirrgico, devidamente alinhadas.

Entre os mtodos conhecidos para imprimir imagens estereoscpicas, o mais simples e difundido o mtodo denominado de anaglfico, que consiste em sobrepor as duas imagens do estereopar aps colorir cada uma delas com uma cor bsica, e visualiz-las com o emprego de culos constitudos por filtros das mesmas cores, o que faz com que cada olho seja capaz de visualizar apenas a imagem tingida com a cor do respectivo filtro. Os filtros mais utilizados so os de cores vermelho e azul, e devem ser usados sobre os nossos prprios culos de correo visual, quando os usamos. A observao de imagens estereoscpicas deve sempre ser feita em ambiente bem iluminado.

Para a sua realizao, as imagens originais devem ser escaneadas, tingidas com as cores bsicas e sobrepostas com o auxlio de programas usuais de manipulao de imagens (Adobe Photoshop 5.0 for Windows, Adobe Systems Inc. 1998, Microsoft Corp., EUA), e a sua impresso feita tambm de maneira usual com o emprego de impressoras coloridas convencionais. A imagem anaglfica final pode ser produzida tanto em escalas de cinza parecendo uma "fotografia em branco e preto", quanto em cores, porm com um discreto prejuzo da visualizao das prprias cores bsicas, em particular do vermelho.

Os culos com os respectivos filtros coloridos polarizantes devem ter as suas cores condizentes com as cores utilizadas na preparao da imagem anaglfica, podendo ser obtidos atualmente em nosso prprio meio (EstreoImagens S/C Ltda., So Paulo, SP).

Resultados


Figura 1. Viso lateral do crebro humano, fotografado com uma cmera, lente macro e uso de trilho para fotografia estereoscpica.


Figura 2. Imagem estereoscpica de disseco da regio inguinal, tambm obtida com uma cmera e uso de trilho para fotografia estereoscpica.


Figura 3. Flores fotografadas com duas cmeras acopladas.


Figura 4. Objetos fotografados com duas cmeras acopladas.


Discusso

A viso binocular resultante da posio alinhada dos olhos nos permite observar um mesmo objeto a partir de dois pontos de vista ligeiramente diferentes, sendo que o processamento destas informaes visuais pelo nosso sistema nervoso central nos propicia a percepo de profundidade. A utilizao de um s olho por sua vez nos fornece uma razovel noo de profundidade atravs da aplicao automtica de conhecimentos e experincias prvias. Estas dicas ou efeitos denominados de monoculares so dadas pelo tamanho relativo dos elementos observados e por suas condies de iluminao e sombras. Apesar de serem muito efetivos para atividades cotidianas so nitidamente limitados para a execuo de tarefas mais complexas, como por exemplo passar uma linha atravs do anel de uma agulha com a utilizao de apenas um olho.4,5

A viso tridimensional que permite a real apreciao da profundidade denominada de viso estereoscpica e requer a observao concomitante do elemento visualizado a partir de dois pontos de vista distintos. ela que possibilita nos orientarmos e interagirmos com preciso dentro do espao que nos cerca.

No entanto, interessante observarmos que, devido principalmente a limitaes fsicas e tcnicas, nossos mtodos de ensino nas suas diferentes etapas tm se fundamentado basicamente na utilizao da linguagem oral e escrita e no emprego de ilustraes bidimensionais. Recentemente, principalmente em reas mais artsticas, observa-se a prtica de atividades que visam desenvolver a criatividade e que, para tanto, preocupam-se mais particularmente com a tridimensionalidade. A escola psicolgica denominada de Gestalt enfatiza que a forma constitui a nossa principal unidade de percepo, corroborando a importncia que a utilizao de imagens tridimensionais estereoscpicas pode vir a ter principalmente nas reas de ensino e de documentao.6

Os mtodos de reproduo estereoscpica foram j descritos nos meados do sculo XIX 7. A partir da segunda metade do sculo passado, vrias tcnicas de reprodues estereoscpicas foram desenvolvidas para projeo e impresso com popularidade muito varivel, havendo perodos de verdadeira febre da sua utilizao para entretenimento. Na passagem do sculo, os estereoscpios que permitiam a visualizao tridimensional a partir de duas fotografias apropriadamente obtidas e posicionadas perante cada olho foram particularmente populares. Durante as dcadas de 40 e 50, a divulgao do mtodo Viewmaster que utiliza os conhecidos carretis de pequenas fotos, e o emprego do 3D estereoscpico em revistas em quadrinhos e em filmes foram marcantes.2,4

No entanto, o avano nas reas de fotografia e informtica dos ltimos anos veio em muito facilitar e otimizar a realizao e divulgao de imagens tridimensionais. As recentes produes em 3D da Walt Disney Corporation nos EUA indubitavelmente foram as principais responsveis por uma nova onda de popularidade e pelo estabelecimento de novos padres de qualidade. Imagens estereoscpicas obtidas pela NASA por ocasio da recente explorao de Marte no s foram transmitidas ao longo das 119 milhes de milhas que nos separam deste planeta, como tambm foram veiculadas pela Internet e publicadas de forma anaglfica na revista National Geographic, em outubro de 1998 8. Nesta mesma edio foi tambm publicada matria sobre o "Naufrgio do Titanic" em 3D 9.

No campo da medicina, o emprego de imagens tridimensionais extremamente til para a melhor demonstrao das estruturas anatmicas nos seus diversos nveis de observao macro e microscpicos, constituindo-se em importante ferramenta de ensino e de documentao. Novas tcnicas de diagnstico por imagem e novas modalidades teraputicas, entre as quais se destacam as tcnicas endoscpicas e microcirrgicas, no s requerem a produo de um novo material de ensino de anatomia aplicada que demonstre as estruturas anatmicas de forma espacial e a partir de pontos de vista especficos, como tambm muito se beneficiam de utilizao de imagens tridimensionais para o seu prprio emprego. Apesar de j terem sido feitas colees de imagens anatmicas tridimensionais h algumas dcadas, o seu uso at hoje tem sido pouco difundido, provavelmente devido dificuldade de reproduo e de demonstrao em maior escala.10-15

Para a impresso de imagens estereoscpicas, o mtodo mais simples e difundido o mtodo anaglfico aqui utilizado e j descrito anteriormente. J a projeo dessas imagens estticas (diapositivos ou transparncias) e dinmicas (filmes, vdeos) pode ser realizada utilizando-se o prprio mtodo anaglfico ou outras formas de polarizao das imagens 1,2,4, entre os quais destaca-se a chamada polarizao horizontal-vertical. Uma vez que a propagao da luz se faz atravs de ondas de pulsao constante que se expandem em todas as direes e em ngulo reto em torno do seu eixo de propagao, a interposio de filtros que possuam apenas aberturas horizontais ou verticais faz com que o faixo de luz que atravessa cada um destes filtros passe a se propagar apenas nos planos horizontais ou verticais.

A projeo concomitante das imagens direita e esquerda respectivamente polarizadas horizontal e verticalmente sobre uma tela com revestimento metlico prateado, que por sua vez reflete a luz sem despolariz-la, e a utilizao de culos constitudos pelos mesmos e respectivos filtros direita e esquerda, permite a visualizao estereoscpica. Na prtica, isto conseguido sobrepondo-se as imagens de dois projetores que tenham os respectivos filtros acoplados posterior ou anteriormente s suas lentes de projeo, podendo os projetores serem dispostos um sobre o outro ou lado a lado.

Como este mtodo obrigatoriamente requer a superposio das imagens a partir de duas fontes distintas, ele infelizmente no pode ser usado para reprodues estereoscpicas impressas.

As imagens direita e esquerda originais podem tambm ser devidamente escaneadas e arquivadas de forma digital, projetadas atravs de dois projetores que aceitem dados digitais ou atravs de um projetor nico especial, visualizadas em monitores de computador e tambm serem transmitidas pela Internet.

Outra forma mais sofisticada de se fazer projees tridimensionais a que se utiliza da chamada tcnica de campos seqenciais ou alternados. Nesta tcnica, os dois filmes ou vdeos obtidos de forma sincronizada so integrados por um multiplexador de maneira que os respectivos fotogramas se alternem seqencialmente,e a sua projeo assistida com a utilizao de culos especiais feitos com lentes de cristal lquido que funcionam como obturadores direita e esquerda, que se abrem e fecham conforme sejam projetados os fotogramas correspondentes (LCD shutter glasses). Enquanto os culos com filtros de polarizao so usualmente denominados de passivos, os providos com obturadores so denominados de culos ativos.

As projees com a tcnica de campos seqenciais podem ser feitas sobre telas normais e o mtodo pode tambm ser utilizado para visualizao estereoscpica em monitores digitais de computadores. A coordenao entre o mecanismo obturador dos culos e o meio que gera a imagem (sistema de projeo ou monitor) feita atravs de fios ou de sinalizao com raios infravermelhos.

Em nosso meio, visando aprimoramento do ensino mdico, em 1997 comeamos a produzir material didtico estereoscpico na Disciplina de Topografia Estrutural Humana do Departamento de Cirurgia da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo sob o incentivo e orientao do Prof. Dr. Aldo Junqueira Rodrigues Jr, e mais recentemente com o apoio e ajuda dos Profs. Drs. Ricardo Ferreira Bento e Aroldo Miniti, e do empresrio Ricardo Ferraz de Camargo, da Fundao Otorrinolaringologia. Alm de utilizarmos o material aqui produzido no ensino da prpria Faculdade de Medicina da USP, temos tambm ministrado vrios cursos em centros nacionais e internacionais. Mais recentemente tivemos a satisfao de poder orientar a viabilizao de impresso de imagens estereoscpicas em jornais e revistas da nossa mdia, alm da confeco de culos com filtros polarizantes para utilizao em aulas em 3D em nvel bsico em escolas do nosso meio.22-24

A manipulao de imagens estereoscpicas constitui uma das bases fundamentais para o desenvolvimento de futuros modelos de realidade virtual, que por sua vez sero particularmente teis no campo mdico. Atividades como o ensino e treinamento de atos mdicos em geral, transmisso distncia de dados e de imagens mais complexas, desenvolvimento de novas tcnicas e principalmente de projetos mais ousados como a realizao de cirurgias distncia (telecirurgia), seguramente dependero da tecnologia de manipulao de imagens tridimensionais. 9, 17, 18

O campo de aplicao de reprodues impressas e de projeo de imagens estereoscpicas evidentemente enorme em vrias reas de comunicao humana e a sua viabilizao em grande escala em muito pode contribuir no s para melhor ilustrar elementos tridimensionais como fazer com que este mtodo se torne uma nova ferramenta de ensino que inclusive auxilie no desenvolvimento da nossa capacidade de lidar com a tridimensionalidade de maneira geral.

Referncias bibliogrficas

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2. Ribas GC, Rodrigues AJ Jr - Imagens estereoscpicas [online], So Paulo, out. 1999. Disponvel: http://www.estereoimagens.com.br

3. Starkman D, Pinsky S - The Nimslo 3D Book, Reel 3D Enterprises, Culver City, 1986.

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19. Ribas GC, Rodrigues AJ Jr - 3D anatomy of the cerebral sulci and ventricles. Clinical Anatomy 12(3): 208, 1999. [Abstract]

20. Rodrigues AJ Jr, Rodrigues CJ, Ribas GC - Surgical anatomy of the inguinal region, a 3D vision. Clinical Anatomy 12(3): 209, 1999. [Abstract]

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Trabalho desenvolvido pela Disciplina de Topografia Estrutural Humana do Departamento de Cirurgia da FMUSP e Disciplina de Otorrinolaringologia da FMUSP.
Endereo para correspondncia: Diviso de Clnica Otorrinolaringolgica - Hospital das Clnicas - FMUSP - Av. Dr. Enas de Carvalho Aguiar, 255, 6 andar, sala 6021 - So Paulo - SP - Tel./Fax: (0xx11) 280-0299.

1- Professor-Assistente Doutor da F.M.U.S.P. Disciplina de Topografia Estrutural Humana da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo.
2- Professor-Associado da Disciplina de Otorrinolaringologia da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo e Chefe do Grupo de Otologia da Diviso de Clnica Otorrinolaringolgica do Hospital das Clnicas da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo.
3- Professor Titular da Disciplina de Topografia Estrutural Humana da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo.
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