Proposição, validação e aplicação de um novo metodo para analise cinematica tridimensional da movimentação da caixa toracica durante a respiração

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Agentes ou Jogadores? Os monstros estranhamente reais dos jogos de computadores

Pretendemos mostrar como os sistemas de motion capture permitem transpor para avatares movimentos de pessoas reais para, com o auxílio do processamento gráfico e dos incrementos em Inteligência artificial, criar as planícies de Masahiro Mori, o uncanny valley. Acreditamos que, num futuro próximo, será possível emocionar jogadores se o realismo das interacções no jogo apresentar consistência semelhante às experiências no mundo real.

Análise dos padrões motores utilizados no desempenho de uma tarefa funcional, com recurso ao BioStage®, em crianças com 9 a 10 anos de idade, e seu contributo para a terapia ocupacional

O estudo do comportamento motor, nomeadamente as áreas do desenvolvimento e controlo motor, têm permitido fundamentar a prática da terapia ocupacional, proporcionando um entendimento mais abrangente de aspetos relacionados com a análise de movimento. Todavia, o processo de análise de atividades, por norma, é realizado de forma empírica, principalmente devido à carência de métodos que avaliem de forma objetiva e precisa o comportamento motor e, consequentemente, os movimentos realizados no desempenho de atividades. Neste sentido, este estudo pretendeu encontrar padrões motores em crianças entre os nove e os dez anos de idade, com desenvolvimento normal, que traduzam o desempenho de uma tarefa motora funcional, com recurso ao sistema de captura e parametrização do movimento em tempo real BioStage®. Por outro lado, tentou-se perceber se o sistema poderia revelar-se um contributo para a prática da terapia ocupacional, possibilitando a obtenção de dados que possam ser utilizados na clínica. As tarefas selecionadas para análise foram os cinco lançamentos propostos pelo Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency, que consistem no lançamento por baixo uni e bilateral, lançamento ao chão uni e bilateral e lançamento ao alvo (unilateral). Os resultados encontrados apontam que aos nove e dez anos existem padrões motores similares entre as crianças, no entanto ainda se nota uma ligeira variabilidade no comportamento. Aferiu-se, também, que a idade, sexo e prática de exercício físico podem influenciar os padrões utilizados, estando de acordo com a literatura. O sistema BioStage® mostrou-se uma ferramenta eficaz para a análise de movimento, providenciando informação detalhada sobre o comportamento motor das crianças, no decorrer das tarefas. Deste modo, pode ser uma mais-valia para a prática da terapia ocupacional, podendo contribuir para uma análise de atividades mais precisa, objetiva e fundamentada.

O uso do smartphone na avaliação do risco de queda associado ao envelhecimento

Introdução: O declínio do equilíbrio, da força dos membros inferiores e o medo de cair são fatores de risco de queda associados ao envelhecimento e a sua avaliação pode ser realizada pelo teste One Leg Standing (OLS), Sit to Stand (STS) e pela Falls Eficacy Scale (FES), respetivamente. As aplicações para smartphone constituem uma alternativa para a avaliação dos fatores de risco de queda no envelhecimento. Objetivo: Analisar a capacidade de uma aplicação para smartphone na avaliação dos testes STS, OLS e FES. Metodologia: Realizou-se um estudo analítico numa amostra de 27 voluntários com idade ≥ 60 anos. Realizaram-se os testes STS, OLS e a FES (versão iconográfica, apresentada no smartphone). Os dados foram recolhidos simultaneamente por um smartphone e pelo Qualisys Motion Capture Systems associado a uma plataforma de forças. Foi utilizado o r de Pearson ou Spearman para analisar as possíveis correlações. Resultados: No STS obteve-se uma correlação muito forte (rp=0.97) no número de repetições de ciclos Sit Stand Sit (SLS) e forte na duração média do SLS (rp=0.85) e das subfases Sit to Stand (rp=0.69) e Stand to Sit (rp=0.778), com p<0.001. As medidas de inclinação do tronco apresentaram correlações fortes, com exceção do ângulo inicial (p≥0.05). No OLS, verificou-se uma correlação moderada entre o deslocamento do centro de pressão peak to peak médio-lateral (rs=0.45; p=0.017) e antero-posterior (rs=0.39; p=0.046), root mean square médio-lateral (rs=0.39; p=0.046) e antero-posterior (rs=0.46; p=0.017) e área do estatocinesiograma (rs=0.45; p=0.018). Na FES obteve-se uma correlação moderada em três categorias: ‘tomar banho/duche’ (rs=0.49; p=0.010), ‘deitar/levantar da cama (rs=0.43; p=0.024) e ‘chegar aos armários’ (rs=0.38; p=0.050). Conclusão: A aplicação para smartphone parece avaliar corretamente os ciclos e a variação da inclinação do tronco no STS, porém parece necessitar de ser reajustada na FES e na velocidade do deslocamento do centro de pressão, no OLS.

Diferença entre os géneros na análise cinemática e eletromiográfica do membro superior durante uma atividade diária de beber

As diferenças entre os géneros parecem surgir desde a origem da humanidade, quando a função do homem era caçar e da mulher fornecer cuidados às crianças e realizar trabalhos de cariz manual. O membro superior apresenta um papel primordial na execução da maioria das atividades relevantes para o ser humano, sendo pertinente a realização de avaliações mais objetivas do mesmo. Com a realização deste estudo pretendemos verificar se existem diferenças entre os géneros nos parâmetros eletromiográficos e cinemáticos do movimento durante uma atividade diária; perceber se os valores da eletromiografia e da cinemática do membro superior são dependentes do género à medida que a distância do objeto é alterada e ainda, levar a cabo a análise da atividade de beber. Para tal foram avaliados parâmetros de qualidade de movimento e parâmetros de recrutamento muscular em 15 indivíduos do género feminino e 15 indivíduos do género masculino com idades compreendidas entre os 18 e os 30 anos numa atividade de beber em três momentos diferentes. Para a análise cinemática foi utilizado o software Qualysis Motion Capture e para a análise eletromiográfica o software AcqKnowledge Analysis. Com os resultados obtidos constatamos que a percentagem de ativação muscular e os ângulos de flexão do ombro e flexão do cotovelo apresentam diferenças estatisticamente significativas (p<0.05) entre os géneros, sendo o grupo feminino a apresentar valores superiores. Aferiu-se também que a percentagem de ativação do músculo Deltoide Anterior parece ser influenciado pelo género (p<0.05) ao longo das três distâncias em estudo, sendo novamente o grupo feminino a apresentar valores superiores. Para além disto, aquando do movimento de alcançar, verificaram-se evidências estatísticas (p<0.05) do envolvimento do tronco em todas as distâncias de alcance do objeto, inclusive numa distância inferior ao comprimento do braço. Este estudo permitiu a descrição detalhada da eletromiografia e cinemática do movimento do membro superior de alcançar e transportar numa atividade diária, bem como uma comparação da mesma entre o grupo masculino e grupo feminino.

Estudo comparativo entre criança com e sem joelhos valgos praticantes de hóquei em patins utilizando diferentes sistemas de análise

O presente estudo tem como objetivo comparar experimentalmente duas crianças praticantes de Hóquei em Patins, uma normal e uma com a patologia dos joelhos valgos, avaliando qualitativamente as diferenças posturais, estáticas e dinâmicas, decorrentes da utilização dos patins específicos desta modalidade, através do sistema de análise da Força de Reação do Solo (FRS), de Eletromiografia (EMG), de captura de movimento, e de modelação e simulação. Para atingir o objetivo definiu-se um protocolo de ensaios com as seguintes tarefas: repouso com e sem patins, marcha, corrida, deslizar com os dois pés apoiados e deslizar com o pé esquerdo levantado. No repouso avaliou-se a variação do ponto de aplicação da FRS da criança normal e patológica, com e sem patins. Ainda na tarefa de repouso avaliou-se também as componentes médio-lateral, antero-posterior individualmente e a componente vertical da FRS, juntamente com a atividade muscular dos músculos Gastrocnémio Medial (GM), Recto Femoral (RF), Vasto Medial (VM), Vasto Lateral (VL), Bicípete Femoral (BF), Semitendinoso (ST), Tensor da Fascia Lata (TFL), Gastrocnémio Lateral (GL), de forma a comparar os valores de intensidade de FRS e da atividade muscular dos diferentes instantes de tempo desta tarefa. Para as restantes tarefas apenas se avaliou individualmente as componentes médio-lateral e antero-posterior da FRS e a componente vertical da FRS juntamente com a atividade muscular dos referidos músculos, salientando as diferenças evidentes entre as curvas da criança normal e as curvas da criança patológica durante os diferentes instantes do movimento. Todas as tarefas referidas, exceto a tarefa de repouso com patins, foram ainda simuladas recorrendo a modelos músculo-esqueléticos. A partir destas simulações do movimento obtiveram-se os ângulos articulares e efetuou-se a respetiva análise. No final dos resultados obtidos apresentou-se uma tabela de resumo com o cálculo dos coeficientes de variação de cada grandeza, exceto nos gráficos da posição no espaço da FRS, onde se constatou que existe uma grande variabilidade inter-individuo em cada tarefa. A análise dos resultados de cada tarefa permite concluir que a utilização de patins pode trazer uma maior ativação muscular para a criança patológica, embora se verifique instabilidade articular. Apesar dessa instabilidade pode-se inferir que, uma maior ativação muscular decorrente da utilização de patins, tal como acontece na prática do hóquei em patins, pode trazer uma melhoria, a longo prazo, na estabilidade da articulação do joelho e na sustentação corporal, proporcionada pelo fortalecimento muscular.

Sistema de animação de personagens virtuais para comunicação não verbal

O principal objectivo da animação de personagens virtuais é o de contar uma história através da utilização de personagens virtuais emocionalmente expressivos. Os personagens têm personalidades distintas, e transmitem as suas emoções e processos de pensamento através dos seus comportamentos (comunicação não verbal). As suas acções muitas das vezes constituem a geração de movimentos corporais complexos. Existem diversas questões a considerar quando se anima uma entidade complexa, tais como, a posição das zonas móveis e as suas velocidades. Os personagens virtuais são um exemplo de entidades complexas e estão entre os elementos mais utilizados em animação computacional. O foco desta dissertação consistiu na criação de uma proposta de sistema de animação de personagens virtuais, cujos movimentos e expressões faciais são capazes de transmitir emoções e estados de espírito. Os movimentos primários, ou seja os movimentos que definem o comportamento dos personagens, são provenientes da captura de movimentos humanos (Motion Capture). As animações secundárias, tais como as expressões faciais, são criadas em Autodesk Maya recorrendo à técnica BlendShapes. Os dados obtidos pela captura de movimentos, são organizados numa biblioteca de comportamentos através de um grafo de movimentos, conhecido por Move Tree. Esta estrutura permite o controlo em tempo real dos personagens através da gestão do estado dos personagens. O sistema possibilita também a transição eficaz entre movimentos semelhantes e entre diferentes velocidades de locomoção, minimizando o efeito de arrastamento de pés conhecido como footskate. Torna-se assim possível definir um trajecto que o personagem poderá seguir com movimentos suaves. Estão também disponíveis os resultados obtidos nas sessões de avaliação realizadas, que visaram a determinação da qualidade das transições entre animações. Propõem-se ainda o melhoramento do sistema através da implementação da construção automática do grafo de movimentos.

Tool for spatial and dynamic representation of artistic performances

This proposal aims to explore the use of available technologies for video representation of sets and performers in order to serve as support for composition processes and artistic performer rehearsals, while focusing in representing the performer’s body and its movements, and its relation with objects belonging to the three-dimensional space of their performances. This project’s main goal is to design and develop a system that can spatially represent the performer and its movements, by means of capturing processes and reconstruction using a camera device, as well as enhance the three-dimensional space where the performance occurs by allowing interaction with virtual objects and by adding a video component, either for documentary purposes, or for live performances effects (for example, using video mapping video techniques in captured video or projection during a performance).

Bimodal information increases spontaneous interpersonal synchronization of goal directed upper limb movements

When interacting with each other, people often synchronize spontaneously their movements, e.g. during pendulum swinging, chair rocking[5], walking [4][7], and when executing periodic forearm movements[3].Although the spatiotemporal information that establishes the coupling, leading to synchronization, might be provided by several perceptual systems, the systematic study of different sensory modalities contribution is widely neglected. Considering a) differences in the sensory dominance on the spatial and temporal dimension[5] , b) different cue combination and integration strategies [1][2], and c) that sensory information might provide different aspects of the same event, synchronization should be moderated by the type of sensory modality. Here, 9 naïve participants placed a bottle periodically between two target zones, 40 times, in 12 conditions while sitting in front of a confederate executing the same task. The participant could a) see and hear, b) see , c) hear the confederate, d) or audiovisual information about the movements of the confederate was absent. The couple started in 3 different relative positions (i.e., in-phase, anti-phase, out of phase). A retro-reflective marker was attached to the top of the bottles. Bottle displacement was captured by a motion capture system. We analyzed the variability of the continuous relative phase reflecting the degree of synchronization. Results indicate the emergence of spontaneous synchronization, an increase with bimodal information, and an influence of the initial phase relation on the particular synchronization pattern. Results have theoretical implication for studying cue combination in interpersonal coordination and are consistent with coupled oscillator models.

Markerlose Ganganalyse mit einem Multikamerasystem

Gait analysis, motion capture, without marker, model, camera

Automatic measurement of key ski jumping phases and temporal events with a wearable system.

We propose a new method, based on inertial sensors, to automatically measure at high frequency the durations of the main phases of ski jumping (i.e. take-off release, take-off, and early flight). The kinematics of the ski jumping movement were recorded by four inertial sensors, attached to the thigh and shank of junior athletes, for 40 jumps performed during indoor conditions and 36 jumps in field conditions. An algorithm was designed to detect temporal events from the recorded signals and to estimate the duration of each phase. These durations were evaluated against a reference camera-based motion capture system and by trainers conducting video observations. The precision for the take-off release and take-off durations (indoor < 39 ms, outdoor = 27 ms) can be considered technically valid for performance assessment. The errors for early flight duration (indoor = 22 ms, outdoor = 119 ms) were comparable to the trainers' variability and should be interpreted with caution. No significant changes in the error were noted between indoor and outdoor conditions, and individual jumping technique did not influence the error of take-off release and take-off. Therefore, the proposed system can provide valuable information for performance evaluation of ski jumpers during training sessions.

Physically based walking simulation

Hem realitzat l’estudi de moviments humans i hem buscat la forma de poder crear aquests moviments en temps real sobre entorns digitals de forma que la feina que han de dur a terme els artistes i animadors sigui reduïda. Hem fet un estudi de les diferents tècniques d’animació de personatges que podem trobar actualment en l’industria de l’entreteniment així com les principals línies de recerca, estudiant detingudament la tècnica més utilitzada, la captura de moviments. La captura de moviments permet enregistrar els moviments d’una persona mitjançant sensors òptics, sensors magnètics i vídeo càmeres. Aquesta informació és emmagatzemada en arxius que després podran ser reproduïts per un personatge en temps real en una aplicació digital. Tot moviment enregistrat ha d’estar associat a un personatge, aquest és el procés de rigging, un dels punts que hem treballat ha estat la creació d’un sistema d’associació de l’esquelet amb la malla del personatge de forma semi-automàtica, reduint la feina de l’animador per a realitzar aquest procés. En les aplicacions en temps real com la realitat virtual, cada cop més s’està simulant l’entorn en el que viuen els personatges mitjançant les lleis de Newton, de forma que tot canvi en el moviment d’un cos ve donat per l’aplicació d’una força sobre aquest. La captura de moviments no escala bé amb aquests entorns degut a que no és capaç de crear noves animacions realistes a partir de l’enregistrada que depenguin de l’interacció amb l’entorn. L’objectiu final del nostre treball ha estat realitzar la creació d’animacions a partir de forces tal i com ho fem en la realitat en temps real. Per a això hem introduït un model muscular i un sistema de balanç sobre el personatge de forma que aquest pugui respondre a les interaccions amb l’entorn simulat mitjançant les lleis de Newton de manera realista.

Heel and toe clearance estimation for gait analysis using wireless inertial sensors.

Tripping is considered a major cause of fall in older people. Therefore, foot clearance (i.e., height of the foot above ground during swing phase) could be a key factor to better understand the complex relationship between gait and falls. This paper presents a new method to estimate clearance using a foot-worn and wireless inertial sensor system. The method relies on the computation of foot orientation and trajectory from sensors signal data fusion, combined with the temporal detection of toe-off and heel-strike events. Based on a kinematic model that automatically estimates sensor position relative to the foot, heel and toe trajectories are estimated. 2-D and 3-D models are presented with different solving approaches, and validated against an optical motion capture system on 12 healthy adults performing short walking trials at self-selected, slow, and fast speed. Parameters corresponding to local minimum and maximum of heel and toe clearance were extracted and showed accuracy ± precision of 4.1 ± 2.3 cm for maximal heel clearance and 1.3 ± 0.9 cm for minimal toe clearance compared to the reference. The system is lightweight, wireless, easy to wear and to use, and provide a new and useful tool for routine clinical assessment of gait outside a dedicated laboratory.

On-shoe wearable sensors for gait and turning assessment of patients with Parkinson's disease.

Assessment of locomotion through simple tests such as timed up and go (TUG) or walking trials can provide valuable information for the evaluation of treatment and the early diagnosis of people with Parkinson's disease (PD). Common methods used in clinics are either based on complex motion laboratory settings or simple timing outcomes using stop watches. The goal of this paper is to present an innovative technology based on wearable sensors on-shoe and processing algorithm, which provides outcome measures characterizing PD motor symptoms during TUG and gait tests. Our results on ten PD patients and ten age-matched elderly subjects indicate an accuracy ± precision of 2.8 ± 2.4 cm/s and 1.3 ± 3.0 cm for stride velocity and stride length estimation compared to optical motion capture, with the advantage of being practical to use in home or clinics without any discomfort for the subject. In addition, the use of novel spatio-temporal parameters, including turning, swing width, path length, and their intercycle variability, was also validated and showed interesting tendencies for discriminating patients in ON and OFF states and control subjects.

Assessment of systolic and diastolic LV function by MR myocardial tagging.

Heart failure has been divided into several different forms depending on etiology, clinical course and pathophysiology of left ventricular (LV) dysfunction. Systolic and diastolic dysfunction are characterized by a reduced cardiac output with normal (= diastolic dysfunction) or depressed (= systolic dysfunction) LV pump function. New diagnostic techniques such as magnetic resonance imaging (MRI) allow to determine noninvasively LV 3D motion by labelling specific myocardial regions (= myocardial "tagging") with a rectangular or radial grid. From the deformation of this grid rotational and translational motion of the heart can be derived. A "wringing" motion of the left ventricle has been described during systole which includes a clockwise rotation at the base and a counterclockwise rotation at the apex. During diastole, an "untwisting" motion has been demonstrated. In the normal heart, diastolic "untwisting" occurs primarily during isovolumic relaxation, analogous to the systolic "wringing" which takes place mainly during isovolumic contraction. A prolongation of the "untwisting" motion was found in the hypertrophied (aortic stenosis) and hibernating myocardium. Thus, heart failure is associated with profound alterations in the mechanical function of the heart which are manifested by changes in systolic "wringing" and diastolic "untwisting" motion.