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A Digitalizao 3D a Laser como Ferramenta para a

Customizao de Armaes de culos

3D Laser Digitizing as a Tool for the Customization of Eyeglasses Frames

Bertol, Liciane Sabadin; MSc; Laboratrio de Design e Seleo de Materiais (LdSM/UFRGS)

[email protected]

Beretta, Elisa; Designer Industrial; Laboratrio de Design e Seleo de Materiais

Senna, Carlos; Designer Industrial; Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Duarte, Lauren; PhD; Laboratrio de Design e Seleo de Materiais (LdSM/UFRGS)

Kindlein Jnior, Wilson; PhD; Laboratrio de Design e Seleo de Materiais (LdSM/UFRGS)

Resumo

Os culos so produtos fabricados em srie e que, embora possuam algumas regies que

permitam ajustes, mostram-se frequentemente desconfortveis ao usurio. Neste sentido, este

estudo demonstra o potencial de utilizao da tcnica de digitalizao tridimensional a laser

para o desenvolvimento de armaes de culos adaptadas para cada usurio especfico. Dois

modelos padro de armao de culos foram projetados e adaptados para dois indivduos que

tiveram seus rostos digitalizados. Foi possvel a adaptao das diversas partes da armao de

acordo com os dados antropomtricos dos indivduos utilizando apenas informao digital.

Palavras Chave: armao de culos; tecnologia assistiva; digitalizao 3D a laser.

Abstract

Eyeglasses are manufactured in mass production and although some parts alows adjustments

they are usually uncomfortable for its user. In this sense this study demonstrates a potentioal

use of the three-dimensional laser digitilizing technique for the development of adaptable

eyeglasses frames for specific users. Two standard eyeglasses frame models were designed

and adapted for two individuals that had their faces digitilized. It was possible the adaptation

of different parts of the frame according to the individuals anthropometric data using only the

digital information.

Keywords: eyeglasses frames; assistive technology; 3D laser digitizing.
mailto:[email protected]

A Digitalizao 3D a Laser como Ferramenta para a Customizao de Armaes de culos

9 Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design

Introduo

Os culos so dispositivos classificados, de acordo com os preceitos da Tecnologia

Assistiva, como ajudas ticas, dentro das ajudas para comunicao, informao e sinalizao.

A Norma ISO 9999:2002 d uma definio para o que se entende por Tecnologia Assistiva:

Qualquer produto, instrumento, equipamento ou sistema tcnico utilizado por uma

pessoa deficiente, especialmente produzido ou disponvel que previne, compensa,

atenua ou neutraliza uma incapacidade. (ISO 9999:2002 - Technical aids for

persons with disabilities: Classification and terminology)

Considerando esta definio, entende-se que os culos so dispositivos atravs do qual

uma incapacidade compensada, atenuada ou neutralizada. Alm das lentes, que devem

adequar-se necessidade oftalmolgica do usurio, tambm devem ser consideradas para o

projeto de produto as armaes dos culos. As armaes so produtos personalizveis, que

precisam estar perfeitamente adequados ao rosto do usurio para no incomod-lo nem causar

marcas faciais. Alm disso, devem interessar e atrair o usurio atravs de sua funo esttica.

De acordo com a norma NBR 14993:2003, existe uma determinada proporo entre as

medidas de uma armao de culos (figura 1) onde so contempladas as medidas guia para o

projeto das armaes de culos.

(a)



(b)

Figura 1: Representao esquemtica do sistema de medio para as lentes (A), identificando os pontos de

dimenso horizontal da lente (a), dimenso vertical da lente (b), distncia entre os centros (c), distncia entre as

lentes (d); e em (B) referentes ao comprimento total da haste: comprimento total da haste (l), comprimento para

dobrar (l1), comprimento para descer (l2), tamanho da ponte (e) e altura da ponte (f).

Modificado de: NBR 14993:2003 - ptica e instrumentos pticos - ptica oftlmica - Sistema de medio

para armaes de culos.

A condio ideal considerando o posicionamento dos culos que estes fiquem apoiados

sobre a pele sem pression-la em nenhum ponto. Na hora do ajuste, fundamental prestar

ateno em alguns detalhes: os culos no podem estar desalinhados muito menos largos; os

aros e as lentes no devem se apoiar nas mas do rosto; e, tanto na viso para longe quanto

para perto se deve levar em conta a inclinao da armao que varia geralmente entre 8 e 10

graus, que, de acordo com o tipo de lente, deve-se diminuir ou no a inclinao. J para as

hastes, Ventura (2008) esclarece que quanto menos contato houver com as tmporas, melhor;

se houver presso nesta regio, este fator causar desequilbrio da pea no rosto se

pressionarem demais, alm de deixar marcas profundas na pele, provocar desconforto e

dores de cabea.

Estas e outras recomendaes so utilizadas no momento da escolha da armao e da

retirada da pea pronta na loja. Para que estas recomendaes sejam atendidas, diversos

ajustes devem ser realizados nas partes da armao que se permitem para tal, como as hastes e

o apoio do nariz. Outros ajustes, que eventualmente se fazem necessrios, como no tamanho

das lentes, por exemplo, no podem ser realizados, pois estas partes no se permitem ajustar.

Tal fato poderia ser evitado se o produto fosse confeccionado com base na estrutura facial do

usurio desde sua concepo.

Apesar de ser considerado um produto adaptvel e sob medida, as armaes dos culos,

ainda hoje, vm sendo concebidas para serem utilizadas por um modelo idealizado de pessoa.

Grande parte dos projetos destinada unicamente produo em srie, e feitos com base em

equaes dimensionais j pr-estabelecidas.



Tratando-se de culos, no existe um padro de medidas. O que existe uma equao

utilizada para calcular o tamanho de hastes e das estruturas formais que no totalmente

confivel. Entretanto as indstrias utilizam esse mtodo, pois acreditam que a aplicao serve

para a maioria das pessoas (Chaves & Gonalves, 2006).

A qualidade de viso e a esttica devem ser igualmente considerados no projeto para

culos. Ventura (2008) relaciona as principais ametropias (erro da refrao ocular, que causa

a perda da nitidez da imagem na retina) e seus sintomas com os tipos de armao mais

adequados. Para a miopia, recomendam-se aros pequenos em acetato, de contornos

arredondados, ou aros de metal pequenos com talo estendido; para a hipermetropia,

recomenda-se evitar modelos retilneos; para o astigmatismo recomenda-se evitar armaes

redondas; para a presbiopia preferem-se as armaes pequenas e com meio aro. Da mesma

forma, o formato do rosto tambm influencia no resultado esttico que cada tipo de armao

provoca: para rosto quadrado sugerem-se armaes com cantos retangulares; para rosto

redondo, armaes quadradas; para rosto triangular, armaes redondas, estreitas e ovais e

armaes com a parte inferior reta e curta; para o rosto oval no h restries quanto ao tipo

de armao.

No sistema de produo denominado Make to Stock as empresas ofertam seus

produtos de forma acabada. A produo, por sua vez, baseada em previses de demanda

onde no h envolvimento direto com o cliente. Neste aspecto, o usurio possui pouca

alternativa de escolha e os produtos so geralmente padronizados. Este modelo, embora se

destaque pelo tempo de entrega, no condiz com a proposta essencial do objeto, que acaba

recaindo no paradigma do usurio de ter que se adaptar ao produto, ou tolerar suas

deficincias. Os culos, que deveriam ser produtos assistivos, perdem suas caractersticas

essenciais, e o usurio acaba tento que se conformar com modelos j existentes no mercado.

Neste sentido, o presente estudo tem como objetivo propor uma sistemtica para

obteno de armaes de culos personalizadas, que se adaptem funcionalmente e

esteticamente a cada tipo de rosto, minimizando os desconfortos e ajustes constantes.

A idia poder trabalhar com o sistema produtivo denominado Engineering to Order,

traduzido livremente como Projetado sob Medida. Nesta forma de interao o projeto segue

quase que totalmente, as especificaes dos clientes, que por sua vez esto altamente

envolvidos no processo de desenvolvimento. De acordo com Pessotti & Souza (2009), nesse

sistema de produo, os objetos so altamente customizados e o nvel de interao da empresa

com os consumidores bastante elevado.

Mtodos e Tcnicas

Este estudo foi realizado com o objetivo de desenvolver um mtodo de produo de

armaes de culos personalizadas que se adaptem corretamente ao usurio, minimizando

desconfortos e a necessidade de ajustes constantes. Para isso, dois modelos de armao de

culos foram projetadas em ambiente CAD (software Solidworks

2009) para serem, em

seguida, adaptadas aos rostos dos usurios selecionados. Os modelos de armao de culos

projetados, ilustrados na figura 2, basearam-se em medidas padro utilizadas pela indstria. A



adaptao dos modelos padro de culos foi realizada atravs da tcnica de digitalizao

tridimensional do rosto de dois indivduos adultos do sexo masculino.

Figura 2: Modelos de armao de culos utilizados para o estudo.

Os dados antropomtricos do rosto dos dois indivduos foram adquiridos utilizando o

Scanner Konica Minolta modelo Vivid 9i, com lente wide (distncia focal 8mm, preciso

0,032mm/+-0,096mm). O equipamento porttil e pode ser transportado com certa facilidade.

Consiste de uma caixa de 221,0 x 300,3 x 475,5 mm e aproximadamente 15 kg com ala para

transporte. Para facilitar a digitalizao utiliza-se um trip e um notebook para

armazenamento dos dados. Cada varredura realizada pelo Scanner leva em aproximadamente

2,5 segundos, e a preciso adquirida funo do tipo de lente utilizada e da superfcie a ser

digitalizada. Para o procedimento de digitalizao, os indivduos permaneceram na posio

sentada, a uma distncia de aproximadamente 1 metro do scanner (Figura 3).

Figura 3: Digitalizao do indivduo

Foram realizadas quatro digitalizaes de cada indivduo: a primeira para capturar a

frente do rosto, seguida por duas digitalizaes para capturar a morfologia das laterais, e a



ltima digitalizao, para capturar a parte de trs da cabea. As informaes provenientes das

digitalizaes que podem conter alguns milhes de pontos (denominadas nuvens de pontos)

precisaram ser montadas em software especfico para manipulao destes arquivos (software

Raindrop Geomagic Studio

10). O processamento das nuvens de pontos se faz necessrio

para diminuir o tamanho em at 50% (atravs de filtragens) e manter apenas os pontos

representativos do objeto, alm de reduzir o rudo inerente ao procedimento de digitalizao e

possibilitar a gerao de um modelo tridimensional mais facilmente manipulvel (Silva,

2006). Durante a montagem das nuvens, estas foram posicionadas e as regies de cada nuvem

de pontos que se sobrepunham s outras foram deletadas. Em seguida, foi gerada uma malha

de tringulos, unindo os pontos trs a trs. O arquivo foi exportado em formato STL

(Stereolitography). A figura 4 mostra a montagem das nuvens de pontos para a gerao do

modelo tridimensional digital do rosto do indivduo e a sobreposio entre as nuvens de

pontos.

Figura 4: Montagem das nuvens de pontos

O arquivo salvo em formato STL foi importado no software 3D Studio Max

, para a

realizao das medidas antropomtricas e as devidas adaptaes dos modelos de armaes de

culos inicialmente projetados.

A norma ISO 8624 (1992) estabelece uma determinada proporo entre as medidas de

uma armao de culos. So contempladas diversas medidas, como a dimenso horizontal da

lente, dimenso vertical da lente, distncia entre os centros, distncia entre as lentes,

comprimento total da haste, comprimento para dobrar, comprimento para descer, tamanho da

ponte e altura da ponte.

As medidas do rosto do indivduo foram realizadas baseadas no modelo proveniente da

digitalizao tridimensional, para que a armao, anteriormente projetada com medidas

genricas, fosse adaptada de acordo com a norma previamente citada. A seguir, de acordo

com as medidas obtidas foram realizadas as adaptaes nas armaes. Primeiramente nas

lentes (tamanho e espaamento) e em seguida nas hastes (comprimento e angulao). As

figuras 5 e 6 ilustram tais procedimentos.



Figura 5: Ajustes realizados no tamanho das lentes dos culos

Figura 6: Ajustes realizados nas hastes da armao do culos (ngulo de abertura e comprimento).

O mesmo procedimento foi tambm realizado para o outro modelo de armao e para o

outro indivduo.

Resultados e Discusso

A figura 7 apresenta o formato final das armaes de culos para os dois indivduos

digitalizados.



Figura 6: Diferentes armaes de culos adaptadas a dois indivduos diferentes atravs de arquivos

tridimensionais. a) indivduo 1, armao modelo 1; b) indivduo 2, armao modelo 1; c) indivduo 1, armao

modelo 2; d) indivduo 2, armao modelo 2.

O arquivo tridimensional resultante das adaptaes nos modelos padro das armaes de

culos tiveram suas dimenses alteradas para o tipo de rosto de cada um dos indivduos

selecionados. Por ser um arquivo tridimensional digital, permite ser parametrizado, isto ,

gera-se um modelo padro de culos e que pode ser adaptado a cada tamanho e formato de

rosto, sem a necessidade de desenhar um novo modelo. Apenas as partes ajustveis so

alteradas.

O fato de o arquivo apresentar-se na forma digital manipulvel em ambiente CAD

apresenta a vantagem de permitir a comunicao com sistemas CAM. Com isso, a fabricao

de modelos de culos personalizados pode ser realizada de forma automatizada. Uma

simulao da usinagem de uma armao de culos ilustrada na figura 8. A possibilidade de

automatizao da fabricao, aliada possibilidade de transmisso de dados via internet,

possibilita uma fabricao personalizada. Como aspectos importantes surge a capacidade de

trazer ao mercado produtos uma vez no economicamente viveis, produtos uma vez

impossveis de fabricar e produtos que carreguem valores de servio integrados:

personalizados, fabricados de acordo com a demanda.

Figura 8: Simulao do processo de usinagem: possibilidade de automatizao em sistemas CAD/CAM.

Atualmente, segundo o processo atual utilizado para as armaes modelo padro,

disponveis no mercado, pequenas adaptaes no produto podem ser realizadas na prpria

ptica, com a finalidade de obter um melhor ajuste ao rosto do usurio. Este escolhe um

modelo de armao que mais lhe agrada, e nele so realizados os possveis ajustes. Entretanto,

as possibilidades de adaptao nos modelos de armao prevem apenas a conformao das

dobras das hastes e da ponte que sustenta os culos sobre o nariz. culos com armao rgida,

como os de acetato, por exemplo, nem sequer permite o ajuste da distncia entre as lentes, o

que pode gerar desconforto, bem como inadequao da posio do centro focal das lentes.

a b c d



De forma anloga, a satisfao com o conforto dos culos pode significar a insatisfao

com a esttica do modelo escolhido. Durante o processo de seleo do modelo de armao, o

usurio experimenta diferentes formatos de culos, tentando encontrar a que tenha um

adequado encaixe (como no apertar as laterais do rosto, do nariz, no deixar marcas, no

ficar solta demais no rosto). Freqentemente, a armao que se mostra mais confortvel, ou

ainda, que mais indicada do ponto de vista oftalmolgico, no a mais desejada em termos

de preferncia pessoal e esttica.

Muitos usurios toleram deficincias encontradas nos produtos. Uns optam pela esttica,

abrindo mo dos fatores antropomtricos caractersticos do seu rosto. Outros, por sua vez,

optam pelo conforto, deixando de lado o apelo esttico. Recai-se no paradigma de o usurio

adaptar-se ao produto.

O design de produto busca, entre outras coisas, satisfazer as necessidades dos usurios.

As necessidades tem origem em alguma carncia e ditam o comportamento humano visando a

eliminao dos estados no desejados. Quando as necessidades so satisfeitas, o homem

sente prazer, bem estar, relaxamento. Segundo Lbach (2001), os objetos de uso so tambm

utilizados para satisfazer necessidades estticas. Com freqncia, esta necessidade no

reconhecida ou suplantada por outras como mais necessrias vida. A satisfao de

nossas necessidades estticas no necessria para a nossa existncia fsica, mas para a nossa

sade psquica.

Indivduos que possuem determinados tipos e graus de deficincia se utilizam

freqentemente de dispositivos que o auxiliem a executar determinada ao. Para deficientes

visuais, os culos (envolvendo a armao e as lentes) so os produtos utilizados para suprir

uma deficincia e auxiliar o usurio no ato de enxergar. Embora classificado como recurso

de tecnologia assistiva, os culos, assim como se conhece, concebidos para serem fabricados

em srie, muitas vezes no se adequam s necessidades dos usurios, e acabam no sendo de

fato assistivos. Necessidades estas que podem ser funcionais, estticas, emotivas, entre outros.

Um indivduo que precise de ajuda ptica utiliza os culos para suprir a deficincia visual,

mas, alm disso, precisa sentir-se bem. Os culos, por vezes, no suprem necessidades da

prpria funo; por vezes no proporcionam conforto; por vezes no suprem necessidades

estticas. A satisfao do usurio com o produto fica, por isso, dificultada.

Concluses

Neste estudo foram propostos dois modelos padro de culos e, utilizando informao

digital, proveniente de digitalizao tridimensional de dois indivduos, foram realizadas as

alteraes necessrias nas armaes (aros e hastes) para uma melhor adaptao aos usurios.

Verificou-se, atravs deste estudo, o potencial de utilizao do Scanner Tridimensional a

Laser Mvel para o projeto de armaes de culos e sua contribuio para o Design de

Produtos e a possibilidade de adequao de diferentes partes da armao dos culos ao rosto

digitalizado. A partir da base de dados foi possvel fornecer uma representao exata do

objeto que, por sua vez, pode ser reformulado.



Desta forma, estabelece-se um nvel elevado de interao entre o fabricante e o usurio

final, que pode dispor de um produto totalmente adaptado s suas necessidades e estruturas

faciais.

Cabe salientar, ainda, que a partir da sistemtica de produo proposta, pode-se pensar

tambm na transmisso de dados via internet, o que potencializaria o dinamismo do sistema e

auxiliaria a comunicao com plataformas CAM.

Referncias

VENTURA, D.S.; VENTURA JR, F. Olhar Atento Como escolher e usar culos. So Paulo:

Editora Senac. So Paulo, 2008.

ISO 9999:2007. Technical aids for persons with disabilities: Classification and terminology.

2007.

CHAVES, I.; GONALVES, F. A atividade do desenhista industrial no projeto de culos. In

4 Congresso Internacional de Pesquisa em Design, 2006, Rio de Janeiro. Anais. CD-ROM.

PESSOTTI, H.; SOUZA, F. As tendncias nas necessidades dos consumidores e a emergncia

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LBACH, B. Design Industrial. Bases para a configurao dos produtos industriais. So

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NBR 14993:2003. ptica e instrumentos pticos. ptica oftlmica. Sistema de medio para

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SILVA, F.P. O uso da digitalizao tridimensional a laser no desenvolvimento e

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