A criação do modelo 3DV e animações seguiu as seguintes etapas: (a) definição de aspectos anatômicos e fisiológicos a serem abordados; (b) modelagem; (c) texturização; (d) animação; (e) renderização; e (f) criação dos vídeos.
As etapas "b" a "e" foram realizadas no Autodesk Maya 2009, enquanto que para a etapa "f" foi utilizado o software Adobe Premiere Pro CS4.
Definição de aspectos anatômicos e fisiológicos a serem abordados
Com base no mapa conceitual e na análise preliminar (vide tópico 3.4.1), definimos quais estruturas anatômicas e processos fisiológicos poderiam ter sua visualização facilitada pelos Modelos 3DV, de modo a complementar o modelo 3DR da escola.
Procedeu-se às demais etapas de criação de modelos 3DV até que um primeiro esboço no qual os principais órgãos relacionados ao sistema digestório estivessem representados. Os dados obtidos no tópico 5 (referentes aos subsunçores dos alunos) foram, então, confrontados com o modelo, sendo feitas pequenas alterações. Esse tipo de abordagem - criação de visualizações com finalidades específicas - é apontado como uma forma de diminuir a resistência a mudança das concepções dos alunos (RAPP, 2005).
Durante a criação dos modelos, procurou-se adequar o material ao público alvo, seguindo-se as recomendações de Ausubel e Robinson (1969) para que não fosse complexo a ponto de exigir do aluno uma aprendizagem exclusivamente mecânica. Desta forma, buscamos nos ater aos principais aspectos macroscópicos do sistema digestório e da passagem de alimentos por ele, sem entrar em detalhes nos processos microscópicos subjacentes, o que
aumentaria o nível de detalhes do modelo, exigindo maior tempo de aplicação e elaboração, tornando a pesquisa inexequível.
Por outro lado, esta abordagem implicou a não representação direta da digestão química e absorção, que foram apenas descritas em modo verbal durante as atividades em sala. Consideramos que isto teve um impacto negativo para a aprendizagem significativa uma vez que é difícil pensar no estudo anatômico do sistema digestório sem correlacioná-lo a seus processos e funções mais detalhadas. A estrutura de cada órgão reflete - ou é refletida - por suas funções em uma via de mão dupla. Se por um lado o enrolamento do intestino, as pregas circulares de sua mucosa, seus vilos e microvilos implicam grande capacidade de absorção de nutrientes, sua forma reflete a necessidade do organismo de que esses nutrientes sejam absorvidos (determinada evolutivamente) 21. Ao se estudar a forma, têm-se uma aproximação da função e vice-versa.
Modelagem
As estruturas foram modeladas tomando-se como referência inicial imagens do Visible Human Project - VHP (U.S. NATIONAL LIBRARY OF MEDICINE, 2012), obtidas a partir de criosecções de um indivíduo adulto do sexo masculino, bem como vídeos de dissecções do Acland's Video Atlas of Human Anatomy (ACLAND'S VIDEO ATLAS OF HUMAN ANATOMY, 2011).
O projeto VHP, executado pela NLM (U. S. National Library of Medicine) a partir da década de 80, resultou na aquisição de imagens transversais humanas de um cadáver masculino e um feminino por três técnicas distintas: tomografia computadorizada; ressonância magnética; e criosecções. Para obter imagens por esta última técnica, os espécimes foram, após passarem por um processo de congelamento, "raspados" em intervalos regulares de 1mm, para o masculino, e 1/3mm para o feminino. À medida que isso era feito, foram tiradas fotos da camada recém revelada, criando-se uma sequência de imagens que constitui a principal base de dados do projeto (U.S. NATIONAL LIBRARY OF MEDICINE, 2012).
21 A idéia de que determinado órgão, como o intestino, possua uma forma específica para desempenhar suas
funções - absorção nesse caso - é inerente à noção de finalidade que, para o fisiologista von Bruecke, "é uma mulher sem a qual o biólogo não pode viver mas com quem não quer ser visto em público" (apud JORGE, 1994, p. 245).
A partir das imagens do VHP, foram criadas ferramentas22 que permitem obter cortes virtuais do modelo em qualquer ângulo (sagital e frontal, por exemplo). Isto é possível por meio da combinação de pixels de várias imagens das secções transversais, permitindo a obtenção de imagens bastante precisas nos demais ângulos.
Para a etapa de modelagem em nosso estudo, utilizamos imagens de uma dessas ferramentas, o Visible Human Server23, criado pelo departamento de ciência computacional da EPFL - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (ECOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE, 2012). Exemplos de imagens obtidas a partir dessa ferramenta podem ser verificadas na Figura 5.
No software Maya 2009, as imagens foram posicionadas em planos transversais, coronais e sagitais, de modo congruente ao que seria esperado anatomicamente. Para garantir o correto posicionamento das imagens, partiu-se de uma imagem central de cada um dos planos principais, obtendo-se as seguintes em um mesmo intervalo de pixels, relacionado posteriormente à distancia entre os planos no software.
Figura 5. Imagens do Visible Human Project (VHP) e Server. (A) imagem de uma criosecção do cadáver masculino do VHP. (B), (C) e (D) Imagens de corte transversal, sagital e coronal, respectivamente, obtidas a partir do Visible Human Server. As regiões que estariam preenchidas pelo líquido utilizado no congelamento, de coloração azulada, foram substituídas por preto pelos desenvolvedores.
22 Algumas dessas ferramentas podem ser acessadas no site da NLM a partir do seguinte endereço eletrônico: <
http://www.nlm.nih.gov/research/visible/tools.html>.
Utilizou-se o método de modelagem de polígonos para obter as estruturas, seguindo-se o contorno dos órgãos nas imagens de referência sempre que isto era desejável (Figura 6A). Para alguns órgãos, como o intestino grosso, as imagens de referência serviram apenas para se conseguir uma aproximação de sua posição, visto que este órgão estava bastante dilatado no espécime que foi seccionado. Consideramos que utilizar uma representação que fugisse em demasia da normalidade poderia ser prejudicial à compreensão do tema e dificultar a correlação com o modelo 3DR.
Nesse sentido, a utilização dos vídeos do Acland's Video Atlas of Human Anatomy foi de grande valia como segunda referência, permitindo identificar estruturas por vezes não tão evidentes nas imagens obtidas no Visible Human Server.
Durante a etapa de animação, algumas estruturas foram remodeladas, com a supressão de algumas faces para melhor visualização de processos internos e com a adição de volume.
Figura 6. Etapa de modelagem no Maya 2009. (A) Modelagem do fígado, representado em cinza, utilizando uma das imagens do Visible Human Server como referência. A vesícula e o esôfago, já modelados, também estão visíveis em verde e azul, respectivamente. (B) Mesmas estruturas representadas em A, suprimindo-se a imagem de referência. (C) Resultado final da etapa de modelagem.
Texturização
A definição de cores e texturas dos órgãos do sistema digestório teve como base as imagens do Acland's Video Atlas of Human Anatomy (ACLAND'S VIDEO ATLAS OF HUMAN ANATOMY, 2011).
Os objetos tridimensionais do Maya eram exportados em formato .OBJ e importados em um software denominado Unfold 3D, no qual a malha de polígonos era "aberta" ou "desdobrada" para obter sua projeção bidimensional. Esta projeção era exportada como imagem para o Adobe Photoshop CS4, no qual a textura era editada, partindo-se de imagens reais dos órgãos mencionados, ou, quando estas não estavam disponíveis, utilizando-se pincéis com cores compatíveis.
As imagens finais eram salvas em formato .TGA e adicionadas como textura aos objetos tridimensionais. O resultado final desta etapa para alguns órgãos do sistema digestório pode ser verificado na Figura 7.
Figura 7. Modelos 3DV de órgãos do sistema digestório no software Maya 2009, após aplicadas as respectivas texturas. (A) Fígado. (B) Pâncreas. (C) Vesícula Biliar. (D) Estômago. (E) Intestinos Delgado e Grosso. (F) Glândula parótida direita.
Animação
Os modelos foram animados e alguns elementos dinâmicos foram adicionados, utilizando-se uma série de técnicas e ferramentas disponíveis no programa, incluindo: (a) esqueletos aplicados a corpos rígidos (rigid bodies) - animação de estruturas rígidas como a mandíbula; (b) esqueletos aplicados a corpos maleáveis (soft bodies) - animação de estruturas flexíveis como esôfago, estômago e intestinos; (c) animação quadro a quadro (keyframes) - trajetória do alimento até a boca, movimentos do bolo alimentar e movimentação de partículas maiores no estômago; (d) animação utilizando um caminho de movimento (motion path) - trajetória do bolo alimentar no esôfago e estômago; (e) emissor de partículas (particle emitter) submetido ou não a um campo gravitacional - representação da saliva percorrendo os ductos parotídeos e sendo excretada pelas glândulas sublinguais; (f) efeitos de fluido (fluid effects) - criação das partículas e suas dinâmicas na representação das secreções do pâncreas, fígado, e do conteúdo do intestino delgado, grosso e estomacal quando de sua passagem para o intestino delgado.
Renderização
Câmeras virtuais foram adicionadas ao ambiente do Maya e anexadas a caminhos de movimento. Esta técnica permitiu às câmeras seguirem uma trajetória pré-estabelecida que fosse capaz de captar os processos fisiológicos que se desejava ilustrar, de ângulos que julgamos ser favoráveis à visualização e contextualização das estruturas.
Nesta etapa, tomou-se o cuidado de iniciar todas as animações de um mesmo ponto no qual todos os órgãos estivessem evidentes. Esta abordagem teve como objetivo permitir a contextualização da estrutura observada - os alunos poderiam, à medida que a câmera se movesse de uma vista mais distante para uma mais aproximada, visualizar a posição relativa da estrutura no modelo 3DV (Figura 8). Outra vantagem deste método é uma maior consistência na navegação, uma vez que a imagem inicial, e, portanto, o ângulo inicial de visão do modelo é o mesmo para todas as animações.
As imagens foram renderizadas em formato targa (.TGA), com 800 x 600 pixels (largura x altura) e resolução de 72 ppi, num total de 30 imagens para cada segundo estimado de
vídeo. O resultado final totalizou 533 segundos de vídeo (8, 9 minutos), o que requereu um total de 15.990 imagens renderizadas.
Figura 8. Sequência de imagens de vídeo do pâncreas. (A) Ponto de início das animações. (B) Aproximação com supressão da camada transparente externa. (C) Aproximação com supressão do esqueleto. (D) Close do pâncreas após giro de 180o em torno do modelo e aproximação da câmera.
Criação dos vídeos
As sequências de imagens renderizadas no Maya foram importadas no Adobe Premiere Pro CS4 - um software de criação e edição de vídeos. Foram utilizadas cerca de 17 sequências de imagens que culminaram em 13 vídeos, variando de 18 a 93 segundos de duração, exportados a uma taxa de 30 quadros por segundo em formato FLV (.flv).
Ao final, haviam animações para os seguintes temas: (a) o processo de mastigação; (b) secreção das glândulas parótidas; (c) secreção das glândulas sublinguais; (d) secreção das glândulas submandibulares; (e) processo de deglutição; (f) peristaltismo esofágico; (g) movimento e conteúdo estomacal; (h) secreção da bile pelo fígado; (i) armazenamento da bile pela vesícula e seu lançamento no duodeno; (j) secreção de suco pancreático pelo pâncreas; (k) recebimento de alimento, bile e suco pancreático pelo duodeno; (l) peristaltismo no intestino delgado; e (m) peristaltismo no intestino grosso.