Desenvolvimento de Material Didático Inclusivo para o Estudoe Apreciação da História da Arte

Jordan Boaz Rodrigues1, Ana Gabriela Serra Santos2, Helena de Mesquita Cutrim2,Ivana Marcia Oliveira Maia2, Anselmo Cardoso de Paiva1

1Núcleo de Computação AplicadaUniversidade Federal do Maranhão (UFMA)

Caixa Postal 15.064 – 91.501-970 – São Luís – MA – Brasil

2Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do MaranhãoCampus São Luis – Monte Castelo,

{jordanboaz14, gabiserra.gs,Helena1205mesquita, anselmo.c.paiva}@gmail.com

ivana.maia@ifma.edu.br

Abstract. This paper presents a tool to assist the interpretation of two-dimensional artworks (paintings) allowing the construction of a tactile mo-del representing the work and its implementation in a courseware using 3Dprinters. The prototyped tactile model can be used to ensure accessibility totwo-dimensional works of art to the visually impaired, allowing them access toinformation about the history of art.

Resumo. Este trabalho apresenta uma ferramenta para auxiliar a interpretaçãode imagens de obras de arte bidimensionais (pinturas) possibilitando a cons-trução de um modelo tátil representando a referida obra e sua concretizaçãoem um material didático utilizando impressoras 3D. O modelo tátil prototipadopode ser utilizado para garantir acessibilidade a obras de arte bidimensionais apessoas com deficiência visual, possibilitando-lhes acesso a informações sobre ahistória da arte.Palavras-Chave: Acessibilidade, Representação 3D de imagens, Matriz tátil,Impressão 3D

1. Introdução

A representação artística tem sido utilizada desde os mais remotos tempos pelo homemvisando a expressão de suas ideias. A arte tem o papel também de contribuir para oconstrução da linguagem e do conhecimento cultural acerca do mundo. Isto se dá pelaveiculação de informações e mensagens. A arte ajuda a enfrentar os desafios, estimulando aimaginação e compondo um conhecimento que transcende meras informações ou registrosde dados visuais, sonoros, etc.

A educação em arte propicia o desenvolvimento do pensamento artístico, através doqual o aluno amplia a sensibilidade, a percepção, a reflexão e a linguagem. Neste processode aprendizagem o aluno também deve ser capaz de apreciar e refletir sobre trabalhosartísticos. Isto envolve o conhecer, o refletir sobre as obras em seus contextos históricos eculturais.

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Uma das alternativas para possibilitar a compreensão das artes plásticas por pessoascom deficiências visuais é a construção de matrizes táteis e maquetes das obras. Istopermite contribuir para a maior percepção das obras auxiliando o professor de artes emuma abordagem inclusiva.

A utilização do tato para exploração de objetos é a primeira ação executada porpessoas privadas da visão [Klatzky et al. 1987]. O processo geralmente se inicia a partirdo contato da mão para a investigação de características e padrões presentes no objeto.A ausência de formas alternativas para explicação de uma obra de arte (como uma es-crita em braille ou guias de áudio), na maioria dos museus ou em qualquer outra formaexposição artística, corroboram para a restrição desse potencial. Tendo ciência de tudoisso, alguns museus desenvolveram programas especiais para cegos, como The TactileMuseum “Omero” em Ancona (Itália); The Victoria Albert Museum em Londres (ReinoUnido); Tactile Museum for the Blind, em Atenas (Grécia). Nesses programas, as obrasde arte passaram a ser também apresentadas a partir de representações táticas produzidasmanualmente por outros artistas.

A eficiência de representações táteis foi analisada em [Carfagni et al. 2012]. Entreos tipos de representação avaliados, encontram-se: O Contorno Tátil, Padrões Texturizados,Baixo Relevo Plano e Baixo Relevo. O trabalho conclui que as duas últimas abordagenscriam uma tradução mais legível das imagens. Adicionalmente, os autores destacam queexiste um problema na produção dessas representações: por serem manufaturadas porartistas, a sua criação é um processo de alto custo e consume muito tempo. Isto inviabilizaa construção de material didático apropriado em uma escala e custo que sejam suficientespara atender a demanda de alunos com deficiências visuais.

Métodos para automação deste processo já vem sendo estudados, mas pela grandevariação de formas usadas por cada artista ou escola artística para representar sua expressão,uma ferramenta única que abranja todas as formas de arte é improvável de ser construída.

Dentre os métodos já desenvolvidos, podemos encontrar uma gama de aborda-gens. Dentre elas, existem técnicas que visam reconstruir uma cena 3D a partir de umaimagem 2D, como encontrado em [Horry et al. 1997], e [Weyrich et al. 2007]; e técni-cas desenvolvidas para a reconstrução de uma cena 2.5D a partir de uma imagem 2D[Furferi et al. 2014].

Assim, este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma ferramentacomputacional (software) para auxiliar a interpretação da imagem de obras de arte visuais(pinturas) e a representação destas como objetos 2,5D ou 3D de forma a permitir acompreensão do ambiente pictórico na sua forma e profundidade, considerando os variadosplanos de apresentação. Pretende-se assim, possibilitar ao cego ou pessoa com baixavisão, contato tátil com obras de arte, possibilitando acesso ao conhecimento necessário àeducação em arte, além do prazeroso lazer. O estudo se dá com o suporte da modelagemtridimensional por computador associada à pesquisa das características de cada obra, noque tange a sua textura, volumetria, e profundidade. O resultado final é o desenvolvimentode modelos gráficos tridimensionais de obras de arte, considerando características técnicasda pintura, que uma vez produzidos por impressão 3D, irão possibilitar pessoas comdeficiência visual total ou parcial o contato tátil, a sua compreensão e a apreciação de obrasde arte.

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Este artigo está organizado de modo que a seção 2 apresenta a metodologia propostapara o processamento de obras de arte visando a construção do modelo tátil 3D. Em seguidaapresentamos na seção 3 o protótipo do sistema desenvolvido e os resultados da aplicaçãoda metodologia em três obras da Tarsila do Amaral. Na seção 5 são apresentados oscomentários finais.

2. Metodologia para Prototipação Rápida de Imagens de Pinturas

Para o processamento de imagens de pinturas, é proposta uma metodologia baseada emprocessamento de imagens e computação gráfica para a obtenção de um modelo 3D,desenvolvendo uma superfície a ser explorada pelo tato, que possa gerar um modeloimprimível em impressoras 3D, propiciando acessibilidade para pessoas com qualquer tipode deficiência visual. O processo se inicia com a aquisição de uma imagem da pintura(quadro) que será interpretada. O ideal é que a imagem possua alta resolução, para melhordefinir os detalhes da obra.

Em seguida, ocorre o processo de segmentação da imagem. Segmentar a imagemsignifica separar a imagem em regiões que representem objetos visualmente identificáveis.Este processo é feito com utilização do algoritmo GrabCut [Rother et al. 2004]. Cadaobjeto da imagem deverá ser selecionado com o auxílio da interface do usuário, o quepermite que o usuário dirija o processo de segmentação segundo diferentes interpretaçõese adicione novas contribuições.

Após a segmentação, é realizado o processo de filtragem. Existem diversos tiposde filtros lineares, com funções diferentes. Neste trabalho foram utilizados os filtros daGaussiana e Bilateral.

A aplicação dos filtros visa retirar os possíveis ruídos da fase anterior, melhorandoas imagens para a detecção de bordas e recuperação dos pontos de borda. As informaçõesdas coordenadas das bordas de cada segmento é obtida utilizando o algoritmo definidopor [Satoshi and Keiichi 1985], em conjunto com o algoritmo de redução de pontos de umpolígono [Douglas 1973] e seu resultado será passado para a próxima fase.

Uma vez segmentados cada um dos objetos representados na imagem, através dadefinição de suas bordas, tem-se os objetos que compõem os diversos planos da imagem.Então, é aplicada uma operação de extrusão de modo a gerar um sólido. Gerado este sólido,é feita uma triangularização da sua superfície. Isto é feito utilizado uma triangularizaçãorestrita de Delaunay, como definido em [Paul Chew 1989]. O resultado desta etapa émostrado na Figura 1a. Esta triangulação é aplicada na base e replicada para o topo dosólido gerado pela extrusão. Após a definição das duas malhas de triângulos idênticasé feita a triangularização da lateral do sólido. Esta triangularização é realizada gerandoum triângulo que liga cada ponto da base ao ponto correspondente no topo e ao próximoponto na base, e fazendo procedimento análogo com os pontos do topo. O resultado destealgoritmo irá criar o objeto 3D representado na Figura 1b.

Assim que todos os objetos foram gerados e definidos em 3D, a metodologia prevêa disponibilização de uma interface gráfica para que o usuário possa posicionar os objetoscada qual em uma profundidade diferente de modo a permitir ao observador explorar pelotato os diversos planos na imagem e perceber as formas dos objetos. Isto é feito permitindoque o usuário manipule a profudindade dos diversos objetos de uma cena.

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(a) Resultado da Triagulariza-ção Restrita de Delaunay

(b) Fechamento das su-perfíceis formando umobjeto

Figura 1. Execução dos algoritmos de triangulação

Quando concluída a geração do modelo 3D, é possível realizar a exportação destemodelo em um formato de arquivo que seja suportado pelas impressoras 3D. Os formatosde arquivos mais comuns são Wavefront(.obj), STereoLithography (.stl) e Virtual RealityModeling Language(.vrml).

3. Protótipo DesenvolvidoPara a execução da metodologia, foi desenvolvido um software utilizando a plataformaQt Creator e seu suporte para OpenGL. A interface gráfica criada é simples e intuitiva,facilitando o acesso a usuários não experientes.

O sistema permite a execução de todos os passos abordados na Seção 2. Quandotodos os objetos da cena forem segmentados, o usuário pode adicioná-los à interface 3D.Um exemplo mostrando os objetos do quadro Abaporu é apresentado na Figura 3. Épossível fazer o posicionamento em profundidade de cada objeto da cena, de acordo com ainterpretação pessoal, a partir de uma barra horizontal localizada no canto superior direito.A Figura 2b ilustra uma possível interpretação do comportamento em profundidade doquadro em exemplo.

(a) (b)

Figura 2. Objetos da cena Abaporu, de Tarsila do Amaral, na cena 3D

Foi realizado a reconstrução de três obras de arte da pintora Tarsila do Amaral,

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seguindo a interpretação dos quadros de uma professora de História da Arte. As obrasoriginais e os resultados interpretados estão nas Figura 3a a 3f.

(a) A Lua (b) A Lua representada em 3D

(c) Abaporu (d) Abaporu em 3D

(e) A Cuca (f) Representação de A Cuca em 3D

Figura 3. Resultados das reconstruções

4. ConclusãoO trabalho apresentado define uma metodologia para gerar representações 3D de obrasde arte a partir de uma imagem. O sistema desenvolvido que implementa a metodologiaproposta mostrou-se adequado e eficiente para possibilitar ao educador desenvolver umarepresentação em profundidae da pintura e gerar um modelo tridimensional facilmentereprodutível em impressoras 3D. Espera-se assim estar contribuindo para facilitar e simpli-ficar o processo de transformação de uma obra 2D para 3D, disponibilizando mais obrasde arte a um baixo custo para a inclusão de pessoas com deficiência visual.

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Como trabalhos futuros, prentende-se implementar um método de segmentaçãoautomático de modo a diminuir a necessidade de interação do usuário além de agilizaro processamento da imagem. O processo de deslocamento das bases será mais eficientecom o desenvolvimento de um algoritmo para determinar a profundidade de cada objeto apartir de um método diferente, por exemplo: baseada na colocação dos objetos na cena.Concomitantemente, uma forma de informar o usuário por áudio com dados sobre operíodo e a escola em que a obra foi produzida garantiriam um enriquecimento para ametodologia.

ReferênciasCarfagni, M., Furferi, R., Governi, L., Volpe, Y., and Tennirelli, G. (2012). Progress in

Cultural Heritage Preservation: 4th International Conference, EuroMed 2012, Limassol,Cyprus, October 29 – November 3, 2012. Proceedings, chapter Tactile Representation ofPaintings: An Early Assessment of Possible Computer Based Strategies, pages 261–270.Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg.

Douglas, David H., P. T. K. (1973). Algorithms for the reduction of the number ofpoints required to represent a digitized line or its caricature. Cartographica: TheInternational Journal for Geographic Information and Geovisualization, 10(2):112–122. doi:10.3138/FM57-6770-U75U-7727.

Furferi, R., Governi, L., Volpe, Y., Puggelli, L., Vanni, N., and Carfagni, M. (2014). From2d to 2.5d i.e. from painting to tactile model. Graphical Models, 76(6):706 – 723.

Horry, Y., Anjyo, K.-I., and Arai, K. (1997). Tour into the picture: Using a spidery meshinterface to make animation from a single image. In Proceedings of the 24th AnnualConference on Computer Graphics and Interactive Techniques, SIGGRAPH ’97, pages225–232, New York, NY, USA. ACM Press/Addison-Wesley Publishing Co.

Klatzky, R. L., Lederman, S., and Reed, C. (1987). There’s more to touch than meets theeye : the salience of object attributes for haptics with and without vision. Journal ofExperimental Psychology General, 116(4):356–369.

Paul Chew, L. (1989). Constrained delaunay triangulations. Algorithmica, 4(1):97–108.

Rother, C., Kolmogorov, V., and Blake, A. (2004). "grabcut": Interactive foregroundextraction using iterated graph cuts. ACM Trans. Graph., 23(3):309–314.

Satoshi, S. and Keiichi, A. (1985). Topological structural analysis of digitized binaryimages by border following. Computer Vision, Graphics, and Image Processing,30(1):32 – 46.

Weyrich, T., Deng, J., Barnes, C., Rusinkiewicz, S., and Finkelstein, A. (2007). Digitalbas-relief from 3D scenes. ACM Transactions on Graphics (Proc. SIGGRAPH), 26(3).

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