Interface virtual com sensor 3D para interação de pessoas acamadas

A interação homem-máquina tem evoluído significativamente nos últimos anos, a ponto de permitir desenvolver soluções adequadas para apoio a pessoas que possuem um certo tipo de limitação física ou cognitiva. O desenvolvimento de técnicas naturais e intuitivas de interação, as chamadas Natural User Interface (NUI), permitem, hoje, que pessoas que estejam acamadas e/ou com incapacidade motora possam executar um conjunto de ações por intermédio de gestos, aumentando assim a sua qualidade de vida. A solução implementada neste projecto é baseada em processamento de imagem e visão por computador através do sensor 3D Kinect e consiste numa interface natural para o desenvolvimento de uma aplicação que reconheça gestos efetuados por uma mão humana. Os gestos identificados pela aplicação acionam um conjunto de ações adequados a uma pessoa acamada, como, por exemplo, acionar a emergência, ligar ou desligar a TV ou controlar a inclinação da cama. O processo de desenvolvimento deste projeto implicou várias etapas. Inicialmente houve um trabalho intenso de investigação sobre as técnicas e tecnologias consideradas importantes para a realização do trabalho - a etapa de investigação, a qual acompanhou praticamente todo o processo. A segunda etapa consistiu na configuração do sistema ao nível do hardware e do software. Após a configuração do sistema, obtiveram-se os primeiros dados do sensor 3D Kinect, os quais foram convertidos num formato mais apropriado ao seu posterior tratamento. A segmentação da mão permitiu posteriormente o reconhecimento de gestos através da técnica de matching para os seis gestos implementados. Os resultados obtidos são satisfatórios, tendo-se contabilizado cerca de 96% de resultados válidos. A área da saúde e bem-estar tem necessidade de aplicações que melhorem a qualidade de vida de pessoas acamadas, nesse sentido, o protótipo desenvolvido faz todo o sentido na sociedade actual, onde se verifica o envelhecimento da população.

Estimating Local Part Thickness in Midplane Meshes for Finite Element Analysis

Within the development of motor vehicles, crash safety (e.g. occupant protection, pedestrian protection, low speed damageability), is one of the most important attributes. In order to be able to fulfill the increased requirements in the framework of shorter cycle times and rising pressure to reduce costs, car manufacturers keep intensifying the use of virtual development tools such as those in the domain of Computer Aided Engineering (CAE). For crash simulations, the explicit finite element method (FEM) is applied. The accuracy of the simulation process is highly dependent on the accuracy of the simulation model, including the midplane mesh. One of the roughest approximations typically made is the actual part thickness which, in reality, can vary locally. However, almost always a constant thickness value is defined throughout the entire part due to complexity reasons. On the other hand, for precise fracture analysis within FEM, the correct thickness consideration is one key enabler. Thus, availability of per element thickness information, which does not exist explicitly in the FEM model, can significantly contribute to an improved crash simulation quality, especially regarding fracture prediction. Even though the thickness is not explicitly available from the FEM model, it can be inferred from the original CAD geometric model through geometric calculations. This paper proposes and compares two thickness estimation algorithms based on ray tracing and nearest neighbour 3D range searches. A systematic quantitative analysis of the accuracy of both algorithms is presented, as well as a thorough identification of particular geometric arrangements under which their accuracy can be compared. These results enable the identification of each technique’s weaknesses and hint towards a new, integrated, approach to the problem that linearly combines the estimates produced by each algorithm.

Finite element analysis of pectus carinatum surgical correction via a minimally invasive approach

Pectus carinatum (PC) is a chest deformity caused by a disproportionate growth of the costal cartilages compared to the bony thoracic skeleton, pulling the sternum towards, which leads to its protrusion. There has been a growing interest on using the ‘reversed Nuss’ technique as minimally invasive procedure for PC surgical correction. A corrective bar is introduced between the skin and the thoracic cage and positioned on top of the sternum highest protrusion area for continuous pressure. Then, it is fixed to the ribs and kept implanted for about 2–3 years. The purpose of this work was to (a) assess the stresses distribution on the thoracic cage that arise from the procedure, and (b) investigate the impact of different positioning of the corrective bar along the sternum. The higher stresses were generated on the 4th, 5th and 6th ribs backend, supporting the hypothesis of pectus deformities correction-induced scoliosis. The different bar positioning originated different stresses on the ribs’ backend. The bar position that led to lower stresses generated on the ribs backend was the one that also led to the smallest sternum displacement. However, this may be preferred, as the risk of induced scoliosis is lowered.