Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O objetivo do presente trabalho foi avaliar comparativamente parâmetros biomecânicos (tanto antropométricos, quanto cinemáticos) de dados obtidos a partir do console Microsoft Kinect (2010). A avaliação destes parâmetros foi realizada para validar seu uso para obter informações complementares à Análise Ergonomica do Trabalho (AET) e em outras pesquisas, cujos objetivos envolvem o diagnóstico de uso de produtos ou ambientes de trabalho a partir da análises posturais e interações da população que o utiliza. A pesquisa com este console em particular é justificada uma vez que seu lançamento modificou o cenário da biomecânica, já que se trata de um equipamento acessível e portátil. Porém, sua precisão em relação à outros equipamentos ainda está em aberto, sendo inclusive, objeto de estudo de muitas pesquisas em andamento. Os dados obtidos por meio de sistemas de captura de movimentos tridimensionais permitem a avaliação de produtos, atividades e análises de interações homem-objeto. No campo do Design, é uma importante realização, uma vez que permite que profissionais tenham acesso à ferramenta que, anteriormente, era limitada à nichos especializados. O console foi comparado com o sistema de captura de movimentos inercial MVN Biomech (XSENS TECHNOLOGIES) e com o tradicional registro por meio de vídeo. Para obter dados do console Kinect, um software disponível no mercado foi selecionado a partir de critérios predefinidos para obter dados cinemáticos do console. Dois experimentos laboratoriais foram realizados: o primeiro, teve como objetivo obter dados operacionais dos equipamentos e suas limitações de uso; e o segundo foi realizado de forma a obter dados biomecânicos e compará-los a partir de três parâmetros estáticos e um dinâmico. Os parâmetros estáticos envolveram ângulos articulares e segmentares em posturas selecionadas e dimensões segmentares, onde a proposta foi avaliar dados antropométricos e as características do modelo biomecânico referente à manter os corpos rígidos durante a movimentação. O parâmetro dinâmico foi realizado de forma a obter dados de deslocamento global das articulações em movimentações selecionadas. Para possibilitar esta análise, uma plataforma digital foi desenvolvida, constituindo um campo neutro para o tratamento dos dados. A plataforma mantém os dados originais dos sistemas, permitindo a distinção entre os modelos biomecânicos e a retirada de dados que possam ser comparados. Os experimentos realizados permitiram avaliar a usabilidade do console, fornecendo diretrizes para seu uso. Para avaliar a utilização do console em ambientes reais de trabalho, foram realizados registros preliminares em laboratórios químicos, os quais se mostraram viáveis se as limitações, semelhantes às de sistemas baseados em tecnologia ótica, sejam consideradas. Futuras análises devem ser conduzidas para validar estatisticamente os resultados obtidos. Porém, considerando o objetivo do trabalho, pode-se concluir que o sistema avaliado é uma alternativa confiável no contexto proposto. / The aim of the present study was to evaluate biomechanical parameters (both, anthropometric and kinematic) from data acquired through Microsoft Kinect (2010). The validation of its biomechanical characteristics will allow its use in gathering information to complement Ergonomic Work Analysis (EWA) and other user researches that provide product and work environment diagnosis through postural and dynamic assessment. The use of MS Kinect in this research is justified by the fact that is it has changed biomechanical scenario due to the fact that it is an inexpensive and portable alternative to the available motion capture systems available in the market. However, its accuracy has been the subject of many ongoing researches Data acquired from 3D motion capture systems provide means for evaluating products, activities and human-object interactions. In Design, its an important achievement, since it allows professionals to use the tool, considering that most motion capture systems available in the market are not accessible. The Microsoft console was compared to MVN Biomech inertial system (XSENS TECHNOLOGIES) and traditional 2D video data. In order to acquire kinematic data form MS Kinect, a software was chosen, following a few criteria. Two laboratorial experiments were held, where the first aimed to acquire operational details and limitations from the equipments, as for the second aimed to compare biomechanical data through three static parameters and one dynamic. The static parameters involved joint and segment angles, as well as a segments dimensional comparison, whereas the proposals were to assess anthropometric features and to understand if the biomechanical model considers the segments as rigid bodies. The dynamic comparison was based on joints global displacement in selected movements. In order to analyze data from different systems, a digital platform based on a game engine was developed, constituting an even ground for evaluation. The platform maintains original data from the biomechanical models and extracts kinematic parameters, which can be compared. The experiments have provided understanding on the consoles operations, providing guidelines for its usage. In order to also evaluate its usage in real work environments, trial recordings were held in chemical laboratories. These trials have shown the alternative to be viable if the limitations, similar to optical systems, are considered. Future analyses should be conducted in order to statistically validate the results. However, given the goals and context of this research, it can be concluded that the evaluated system is a reliable motion capture alternative.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O objetivo do presente trabalho foi avaliar comparativamente parâmetros biomecânicos (tanto antropométricos, quanto cinemáticos) de dados obtidos a partir do console Microsoft Kinect (2010). A avaliação destes parâmetros foi realizada para validar seu uso para obter informações complementares à Análise Ergonomica do Trabalho (AET) e em outras pesquisas, cujos objetivos envolvem o diagnóstico de uso de produtos ou ambientes de trabalho a partir da análises posturais e interações da população que o utiliza. A pesquisa com este console em particular é justificada uma vez que seu lançamento modificou o cenário da biomecânica, já que se trata de um equipamento acessível e portátil. Porém, sua precisão em relação à outros equipamentos ainda está em aberto, sendo inclusive, objeto de estudo de muitas pesquisas em andamento. Os dados obtidos por meio de sistemas de captura de movimentos tridimensionais permitem a avaliação de produtos, atividades e análises de interações homem-objeto. No campo do Design, é uma importante realização, uma vez que permite que profissionais tenham acesso à ferramenta que, anteriormente, era limitada à nichos especializados. O console foi comparado com o sistema de captura de movimentos inercial MVN Biomech (XSENS TECHNOLOGIES) e com o tradicional registro por meio de vídeo. Para obter dados do console Kinect, um software disponível no mercado foi selecionado a partir de critérios predefinidos para obter dados cinemáticos do console. Dois experimentos laboratoriais foram realizados: o primeiro, teve como objetivo obter dados operacionais dos equipamentos e suas limitações de uso; e o segundo foi realizado de forma a obter dados biomecânicos e compará-los a partir de três parâmetros estáticos e um dinâmico. Os parâmetros estáticos envolveram ângulos articulares e segmentares em posturas selecionadas e dimensões segmentares, onde a proposta foi avaliar dados antropométricos e as características do modelo biomecânico referente à manter os corpos rígidos durante a movimentação. O parâmetro dinâmico foi realizado de forma a obter dados de deslocamento global das articulações em movimentações selecionadas. Para possibilitar esta análise, uma plataforma digital foi desenvolvida, constituindo um campo neutro para o tratamento dos dados. A plataforma mantém os dados originais dos sistemas, permitindo a distinção entre os modelos biomecânicos e a retirada de dados que possam ser comparados. Os experimentos realizados permitiram avaliar a usabilidade do console, fornecendo diretrizes para seu uso. Para avaliar a utilização do console em ambientes reais de trabalho, foram realizados registros preliminares em laboratórios químicos, os quais se mostraram viáveis se as limitações, semelhantes às de sistemas baseados em tecnologia ótica, sejam consideradas. Futuras análises devem ser conduzidas para validar estatisticamente os resultados obtidos. Porém, considerando o objetivo do trabalho, pode-se concluir que o sistema avaliado é uma alternativa confiável no contexto proposto. / The aim of the present study was to evaluate biomechanical parameters (both, anthropometric and kinematic) from data acquired through Microsoft Kinect (2010). The validation of its biomechanical characteristics will allow its use in gathering information to complement Ergonomic Work Analysis (EWA) and other user researches that provide product and work environment diagnosis through postural and dynamic assessment. The use of MS Kinect in this research is justified by the fact that is it has changed biomechanical scenario due to the fact that it is an inexpensive and portable alternative to the available motion capture systems available in the market. However, its accuracy has been the subject of many ongoing researches Data acquired from 3D motion capture systems provide means for evaluating products, activities and human-object interactions. In Design, its an important achievement, since it allows professionals to use the tool, considering that most motion capture systems available in the market are not accessible. The Microsoft console was compared to MVN Biomech inertial system (XSENS TECHNOLOGIES) and traditional 2D video data. In order to acquire kinematic data form MS Kinect, a software was chosen, following a few criteria. Two laboratorial experiments were held, where the first aimed to acquire operational details and limitations from the equipments, as for the second aimed to compare biomechanical data through three static parameters and one dynamic. The static parameters involved joint and segment angles, as well as a segments dimensional comparison, whereas the proposals were to assess anthropometric features and to understand if the biomechanical model considers the segments as rigid bodies. The dynamic comparison was based on joints global displacement in selected movements. In order to analyze data from different systems, a digital platform based on a game engine was developed, constituting an even ground for evaluation. The platform maintains original data from the biomechanical models and extracts kinematic parameters, which can be compared. The experiments have provided understanding on the consoles operations, providing guidelines for its usage. In order to also evaluate its usage in real work environments, trial recordings were held in chemical laboratories. These trials have shown the alternative to be viable if the limitations, similar to optical systems, are considered. Future analyses should be conducted in order to statistically validate the results. However, given the goals and context of this research, it can be concluded that the evaluated system is a reliable motion capture alternative.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:52:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5892.pdf: 5880561 bytes, checksum: db40111a324a7986148a35761e5c50a4 (MD5) Previous issue date: 2014-02-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / The Motion Capture technology is considered a potential to overcome the limitations of traditional human simulation, reducing the time spent on creating and assigning greater reality simulations the simulated movements. This research presents an analysis of a technical system, formed by integrating a Motion Capture System with a human model and simulation software, aiming to establish ways to use the system in project process, contextualized by ergonomics. Different configurations of the main steps of the integration of the Motion Capture System Moven (Xsens), integrated with CAD DELMIA (Dassault Systèmes) software, which has a module of human simulation (Human Builder), through four experimental tests. Four trials were defined with factorial design to test the combination of different possible system configurations: i) spatial positioning of virtual environments, ii) mitigation of drift, iii) digital human kinematics and iv) anthropometric compatibility. From the results obtained in each test operating procedures were constructed in order to solve the problems and limitations of using these integrated technologies. The following procedures show how to configure the integrated system for positioning a virtual environment in a CAD system known coordinates, which enables the correction of the position due to drift of the capture system. Procedures that relate to the possible interactions between the body and capture the workplace, with the characteristics of the activity and the objectives of the simulation were also created. In addition, it was elaborated a systematic iterative to match the anthropometry between real human being, avatar of the capture system and digital human. The development of ways to use these technologies provides improvement of techniques used to construct the simulation, contributing to integration the perspective of future activity in the design in the design of productive situations. / A tecnologia de Captura de Movimentos é considerada potencial para superar as limitações da simulação humana tradicional, reduzindo o tempo despendido na criação de simulações e atribuindo maior realidade aos movimentos simulados. Esta pesquisa apresenta uma análise de um sistema técnico, formado pela integração de um Sistema de Captura de Movimentos com um software de modelagem e simulação humana, visando estabelecer formas de utilização do sistema no processo de projetos, contextualizados pela ergonomia. São analisadas diferentes configurações das principais etapas do processo de integração do Sistema de Captura de Movimentos Moven (Xsens), integrado com software CAD DELMIA (Dassault Systèmes), que possui um módulo de simulação humana (Human Builder), através de ensaios experimentais. Foram definidos quatro ensaios com delineamento fatorial para testar a combinação das diferentes configurações possíveis do sistema: i) posicionamento espacial de ambientes virtuais, ii) mitigação do drift, iii) cinemática do manequim digital e iv) compatibilidade antropométrica. A partir dos resultados obtidos em cada ensaio foram construídos procedimentos operacionais de configuração do sistema integrado, para equacionar as limitações e problemas de utilização destas tecnologias integradas. Os procedimentos mostram como configurar o sistema integrado, para posicionar um ambiente virtual em um sistema de coordenadas CAD conhecido, que possibilita a correção do posicionamento, devido ao drift do sistema de captura. Também foram criados procedimentos que relacionam as interações possíveis, entre o corpo de captura e o ambiente de trabalho, com as características da atividade e os objetivos da simulação. Além disso, foi elaborada uma sistemática iterativa para compatibilizar a antropometria entre o ser humano real, avatar do sistema de captura e o manequim digital. O desenvolvimento de formas de uso destas tecnologias proporciona melhoria das técnicas utilizadas para construção das simulações com manequins digitais, contribuindo para inserção da perspectiva da atividade futura no projeto das novas instalações.

Stroke is the largest cause of severe adult complex disability, caused when the blood supply to the brain is interrupted, either by a clot or a burst blood vessel. It is characterised by deficiencies in movement and balance, changes in sensation, impaired motor control and muscle tone, and bone deformity. Clinically applied stroke management relies heavily on the observational opinion of healthcare workers. Despite the proven validity of a few clinical outcome measures, they remain subjective and inconsistent, and suffer from a lack of standardisation. Motion capture of the upper limb has also been used in specialised laboratories to obtain accurate and objective information, and monitor progress in rehabilitation. However, it is unsuitable in environments that are accessible to stroke patients (for example at patients’ homes or stroke clubs), due to the high cost, special set-up and calibration requirements. The aim of this research project was to validate and assess the sensitivity of a relatively low cost, wearable, compact and easy-to-use monitoring system, which uses inertial sensors in order to obtain detailed analysis of the forearm during simple functional exercises, typically used in rehabilitation. Forearm linear and rotational motion were characterised for certain movements on four healthy subjects and a stroke patient using a motion capture system. This provided accuracy and sensitivity specifications for the wearable monitoring system. With basic signal pre-processing, the wearable system was found to report reliably on acceleration, angular velocity and orientation, with varying degrees of confidence. Integration drift errors in the estimation of linear velocity were unresolved. These errors were not straightforward to eliminate due to the varying position of the sensor accelerometer relative to gravity over time. The cyclic nature of rehabilitation exercises was exploited to improve the reliability of velocity estimation with model-based Kalman filtering, and least squares optimisation techniques. Both signal processing methods resulted in an encouraging reduction of the integration drift in velocity. Improved sensor information could provide a visual display of the movement, or determine kinematic quantities relevant to the exercise performance. Hence, the system could potentially be used to objectively inform patients and physiotherapists about progress, increasing patient motivation and improving consistency in assessment and reporting of outcomes.

Universidade de Uberaba / In the past years, motion capture has been widely used in many application areas. In movies and games, motion capture is frequently employed to animate virtual characters. In sports, motion capture and analyses focus on optimizing movements of athletes and injury prevention. More applications areas include medicine, military and engineering. Motion capture can be accomplished by several technologies. However, optical marker-based systems are considered the gold standard of the motion capture field. They can offer high precision levels and flexibility to support most applications, but they are also the most expensive systems due to high costs of hardware and software. Although low-cost optical systems have been proposed in the last decade, these systems cannot provide enough precision, flexibility, automatism and/or real-time capability for a number of applications. In this context, the present research aims to develop a complete and high precision approach to track and reconstruct a cloud of independent markers, in real time, using multiple infrared specialized cameras. The proposed method includes a set of relatively simple algorithms which are part of a three-stage procedure. These stages work on the tracking and matching of the image points and spatial reconstruction of the marker trajectories. In order to evaluate the method, a prototype software has been implemented and experiments were performed using a pack of eight infrared cameras. The NaturalPoint s OptiTrack system, which includes the Arena software, was used as a reference system. In the experiments, the proposed technique was able to successfully track and reconstruct a set of 38 reflective markers in real time. When compared to the commercial software, the method performed better for automatically maker tracking. In addition, the reconstructed trajectories produced by the prototype software were far less contaminated by noise than the trajectories generated by the Arena software. The proposed method should encourage the development of new high performance systems at a more affordable price. / Nos últimos anos, os sistemas de captura de movimento vêm sendo aplicados em diversas áreas do conhecimento. A animação de personagens virtuais na indústria cinematográfica e a avaliação dos movimentos corporais em áreas da saúde e nos esportes são apenas algumas de suas diversas aplicações. Dos diferentes tipos de sistemas de captura de movimento existentes, os sistemas ópticos baseados em marcadores são reconhecidos como os mais avançados e os que oferecem níveis de precisão e flexibilidade suficientes para suportar o maior número de aplicações. Todavia, esses sistemas estão também entre os mais caros, devido ao alto preço dos elementos de hardware e software. As propostas de baixo custo existentes possuem limitações com relação à precisão, flexibilidade, automatismo e/ou velocidade de processamento, que as tornam inviáveis para uma considerável parcela de aplicações. Neste contexto, esta pesquisa propõe um método computacional completo, considerando as principais deficiências dos trabalhos existentes, para rastrear e reconstruir as trajetórias de uma nuvem de marcadores reflexivos independentes, em tempo real, utilizando múltiplas câmeras especializadas de infravermelho. A técnica proposta envolve um conjunto de algoritmos relativamente simples, os quais integram três etapas principais. Estas etapas realizam o rastreamento e o casamento dos pontos nas imagens e a reconstrução tridimensional das trajetórias dos marcadores. O método foi implementado em software e testado utilizando uma coleção de oito câmeras de infravermelho. Como referência, utilizou-se o software Arena e o sistema OptiTrack comercializado pela empresa NaturalPoint. Nos experimentos conduzidos, a técnica foi capaz de rastrear automaticamente um conjunto de 38 marcadores em tempo real. Comparada ao software comercial Arena, a técnica revelou uma melhor capacidade de rastreamento automático dos marcadores e ainda reconstruiu trajetórias com menor incidência de ruídos. O método proposto deve incentivar pesquisadores e empresas a desenvolverem sistemas de captura de movimento de alto desempenho e com menor custo. / Doutor em Ciências