For who that speaks English, please read here: http://arc-team-open-research.blogspot.com.br/2012/11/taung-project-recovering-missing-parts.html
Como foi publicado no último artigo, estamos trabalhando no Taung Project, um esforço conjunto de profissionais da área de arqueologia, antropologia e computação gráfica 3D para a reconstrução facial forense de um fóssil de 2.5 milhões de anos.
O ponto mais interessante desse projeto, é sem dúvida o compartilhamento da tecnologia envolvida. Ao final, todos os dados serão disponibilizados à comunidade, entendida aqui como qualquer interessado que por ventura desejar se aprofundar nos conceitos.
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Esse artigo descreverá as técnicas utilizadas para a recuperação de áreas ausentes no crânio da criança de Taung.
Descrevendo o Processo
A caveira fora escaneada com um elevado nível de detalhes por Luca Bezzi. O modela chegou preparado para a importação no Blender 3D.
Infelizmente (ou felizmente para um nerd), parte significante da caveira está faltando, como podemos ver na indicação em roxo. Para que a reconstrução facial forense seja tranquila, necessitamos de um crânio completo, por conta disso, as áreas ausentes precisam sem preenchidas.
O primeiro passo é recuperar algumas partes usando espelhamento. Você pode ver um vídeo timelapse com essa técnica sendo aplicada aqui.
Assim, boa parte da área foi recuperada.
Mas mesmo com o espelhamento, algumas áreas ainda precisam ser preenchidas.
Mas como fazer isso, já que trata-se de um animal extinto?
Uma alternativa é procurar análogos modernos como chimpanzés e gorilas e utilizar a estrutura de seus ossos como base para aproximação das áreas ausentes.
Para um acesso rápido, prático e já tridimensionado, podemos recorrer a tomografias computadorizadas de seus crânios.
O exemplo acima mostra um chimpanzé (Pan troglodytes) adulto, mas para esse trabalho foram utilizados TC de animais mais jovens.
Se você desejar ter acesso as tomografias eles estão disponíveis aqui. Para baixar os arquivos DICOM é necessário um cadastro. Para visualização prévia em 3D não é necessário o cadastro.
A mandíbula é de um chimpanzé jovem. A tomografia foi reconstruída em 3D utilzando o software InVesalius.
A malha 3D resultante foi importada (.ply) no Blender.
E colocada em seu lugar. Porém, veja que ela não é muito compatível com o maxilar do Australopithecus.
Além de ser maior, os dentes caninos são enormes, se comparados aos do crânio.
Podemos alterar a forma dos dentes com as ferramentas de escultura do Blender, tornando a aparência da mandíbula menos “carnívora”.
Ainda com as ferramentas de escultura, deformamos a mandíbula para que se compatibilize ao restante do crânio.
Para completar a área superior do crânio, lançamos mão de uma tomografia reconstruída de outro chimpanzé (bebê).
Seguindo o mesmo processo descrito anteriormente, importamos a malha reconstruída dentro do Blender.
E deformamos o crânio até que ele se compatibilize com o outro.
A parte da malha que se sobrepõe é excluída.
Também é excluída a área de sobreposição da mandíbula.
Assim sobram apenas as áreas de preenchimento necessárias, diminuindo a subjetividade da reconstrução.
Apesar do complemente ser bem sucedido no sentido externo da forma, internamente temos uma malha 3D bastante poluída, pois se trata na verdade de 3 objetos agrupados.
Ao ativarmos a visualização em linhas ou aramada (wireframe) podemos atestar a densidade da malha.
Por que não usar ferramentas como o decimate que diminui o número de faces? No caso desse trabalho por que as várias tentativas foram frustradas pela limitação de processamento do processador Core i5.
Por que não fazer a remodelagem sobre a malha complexa com o método de retopo? Por que isso traria subjetividade ao modelo.
Como resolver essa situação?
Uma tomografia fake pode ser feita para que seja reconstruída no InVesalius gerando uma malha limpa, sem elementos internos.
Como fazer a tomografia fake no Blender? Ao iluminarmos um objeto opaco, a sua superfície fica clareada pela luz, mas dentro fica completamente escuro.
No Blender podemos configurar a câmera para que inicie a “filmar” ou fotografar a partir de uma distância preestabelecida. Assim, grosso modo, podemos ver dentro dos objetos.
Na imagem acima temos o crânio “cortado” pela distância inicial da câmera.
Como o crânio foi pintado de branco e a iluminação exagerada, foi necessário apenas trocar a cor do fundo para branco, sobrando apenas a cor preta, relativa a parte interna do crânio, ou seja, uma fatia de tomografia!
Como em uma tomografia a área mais clara corresponde a objetos mais rígidos, simplesmente invertemos as cores com o nodes do Blender.
Para gerar as fatias, animamos a câmera deslocando-se pela altura (eixo Z) do quadro 1 ao 120, isso nos dará 120 fatias, o suficiente para um modelo preciso.
A sequência de imagens foi convertida em uma sequência de arquivos DICOM, próprios para tomografias. Isso foi possível graças ao Python script IMG2DCM.
É possível informar a distância das fatias ao converter as imagens, mas as configurações padrão foram mantidas nesse caso. Por conta disso a malha 3D reconstruída ficou com uma aparência achatada, o que foi resolvido posteriormente.
A malha reconstruída é então importada e redimensionada de modo que se encaixe perfeitamente ao modelo original “tomografado”.
Ao visualizarmos em wireframe, vemos que a malha está limpa e “oca”. Esse modelo está leve e pode até ser usado para impressão 3D.
Pelo número reduzido de faces em relação ao modelo original, é possível aplicar o modificador Remesh, que cria uma malha formada por faces de 4 lados, excelente para a aplicação de modificadores necessários nos processos posteriores.
Agora podemos “lixar” a malha no modo de escultura do Blender, para dar o acabamento.
Para a projeção da pintura digital, a mesh original, aquela que fora escaneada em 3D foi utilizada como base. A técnica de pintura por projeção pode ser vista nesse vídeo.
A renderização das imagens marca a finalização dessa etapa.
Você pode baixar a malha 3D texturizada, convertida em um arquivo Collada aqui.
As imagens renderizadas servirão para uma reconstrução facial prévia em 2D que será explanada no próximo artigo.
Espero que esse tenha sido útil a você. Nos vemos em breve!
