Tutorial: Building a Model/pt

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Visão Geral

Existem 6 passos básicos para realizar uma análise de dados de captura de movimento no Visual3D:

  1. Criar um modelo para seu sujeito (s) usando a o arquivo de coleta da posição estática e definir os segmentos.
  2. Explorar os dados dos arquivos de coleta dinâmicas e associar estes dados com o modelo construído.
  3. Definir os sinais e eventos necessários para seu estudo.
  4. Definir os cálculos biomecânicos, como angulos articulares, momentos de força, potência entre outros valores que podem ser computados
  5. Gerar os relatórios cinemáticos e cinétcos desejados.
  6. Se desejar, exportar os dados para um arquivo externo para análise estatística.

Neste tutorial vamos carregar um arquivo estático de calibração e definir os vários segmentos para criar o modelo de marcha do membro inferior. As técnicas aprendidas aqui serão consistentes com todos os modelos em Visual3D.

Durante este tutorial, você aprenderá como:

  1. Criar um modelo que existe conceitualmente no espaço de trabalho.
  2. Definir os segmentos do modelo usango Anatomical markers (marcas antômicas) e Tracking markers (marcas de rastreamento).
  3. Trabalhar com vários controles do visualizador

Conceitos Chaves

O (arquivo de calibração) calibration file (também referido como Standing Trial ou arquivo estático, ou como Static Trial ou arquivo da posição estática) é um pequeno arquivo de captura de movimento com o indivíduo na posição estática. As posições dos marcadores são calculadas automaticamente e a média de todos os quadros de movimento é obtida para compensar o problema de ruído nos dados. NOTE: Se o sujeito mover durante a coleta estática, um conjunto de quadros de movimento, no qual os sujeito está estacionário, pode ser selecionado para computar a ponto médio dos marcadores. O comando Modify Frame Range For Static Calibration está localizado nos ítens do Menu em Model.
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Nesta figura, Anatomical markers (marcas anatômicas) são colocadas em locais anatomicamente relevantes (isto é, proeminências ósseas palpáveis na proximidade distal dos segmento). Tracking markers (Marcas de rastreamento) são colocadas em pontos conveniente para rastreamento dos segmentos. Algumas regras de e sugestões para colocação de marcadores e clusters rígicos estão descritas no seguinte artigo::

Cappozzo A, Cappello A, Della Croce U, Pensalfini P (1997) Surface-Marker Cluster Design Criteria for 3-D Bone Movement Reconstruction. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 44 (12), p 1165-1174.

Preparando para o Tutorial

  1. Certifique-se que a versão 3.0 ou mais recente do Visual3D foi abaixada e instalada.
  2. Abaixe o arquivo de calibração da posição estática diretamente do site: Lower Body Static Trial.c3d
  3. Salve este arquivo na pasta que você planeja salvar seus arquivos de captura de movimento.
    NOTE:

O arquivo Tutorial1.cmo contém oresultado final deste tutorial.
Pode ser útil como um recurso secundário para verificar seu progresso.

  1. Inicie o programa Visual3D diretamente do menu Iniciar.

O programa irá abrir no espaço de trabalho principal.

Controles de Animação do Vizualizador em 3D

O visor em 3D (usando as bibliotecas OpenGL) mostra seu conjunto de marcadores visto por meio de várias câmeras em múltiplos ângulos.

Botão Esquerdo da Mouse (Pan)

O botão esquerdo da mouse é usado para modificar a orientação do modelo em 3D. Mantendo pressionado o botão esquerdo da mouse, mova a mouse para baixo e para cima que o modelo moverá para cima e para baixo, mova a mouse de um lado para o outro que o modelo também moverá de um lado para o outro.

Botão Direito da Mouse (Zoom)

O botão direito da mouse é usado para modificar a escala do modelo. Mantendo pressionado o botão direito da mouse, mova a mouse para cima ou para a direita que move a câmera para mais perto do modelo (aumenta o tamanho da imagem exibida). Mantendo pressionado o botão direito da mouse, mova a mouse para baixo ou para esquerda que move a câmera para mais longe do centro do modelo (diminui o tamanho da imagem exibida).

Botão Central da Mouse(Move)

Mantendo pressionado o botão central da mouse (ou mantendo pressionado ambos os botões direito e esquerdo na mouse de dois botões), permite o usuário mover (transladar) o modelo de um lado para o outro e de cima para baixo.
Nota: Você irá perceber que quando você move o modelo uma cruz branca bem fina é temporariamente adicionada a sua tela. Isso ocorre para te ajudar a centralizar o modelo na tela.

Modificando as Configurações do Visualizador

O que você vê na visão em 3D varia com as opções de visões que você seleciona.
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Visão Frontal:

Configura a perpectiva da câmera para visualizar o modelo de frente, ou seja, na direção anterior de acordo com definição do laboratório como eixo anterior/posterior.

Visão Sagital:

Configura a perpectiva da câmera para visualizar o modelo de lado de acordo com a definição do laboratório como eixo medial/lateral.

Visão em Perspectiva:

Permite você visualizar o modelo de qualquer ângulo. Esta é a visão padrão do visualizador em 3D quando é primeiramente aberto. Está visão permite você escolher a perspectiva da câmera arrastando a mouse ao redor do campod de visão da tela.

Retorna (Reset) à Perspectiva da Câmera:

Configura a câmera para visualizar a origem do laboratório. Se você se perde no visor da tela, você pode usar esse botão para rapidamente voltar a um ponto conhecido, como o ponto de origem do laboratório.

Alterna entre nomes de Marcadores:

Circula entre as etiquetas ou nomes dos alvos, nomes dos alvos com nomes dos marcadores, ou sem nome nos alvos.

Visualizar os Segmentos:

Clicando o botão de View Segments alterna caption button os arquivos de modelo assinalados aos segmentos. Os arquivos de modelo variam o tipo de objeto que representa os segmentos e são formatados com as extensões .v3g ou .obj ou VRML .wrl de arquivo. O arquivo de modelo é normalmente representado por ossos usados na animação em 3D. No exemlo o arquivo de modelo é uma representação óssea da pelve.
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Nota: O objeto de animação em 3D é puramente para visualizar. Você pode rodar, ampliar ou mover os ossos relativos ao sistema de coordenadas do segmento que sua análise não vai ser afetada.

Visualizando a Geometria dos Segmentos:

Para visualizar a geometria clicar no botão que alterna View Segment Geometry caption na barra de ferramentas.
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  • A largura do cilindro é definida pelo extremidade distal do raio do segmento.
  • A profundidade do cilindro é definida pela profundidade da pelve.

Visualizar as Linhas dos Segmentos:

Ver as linhs dos segmentos permite você ver o "stick figure" do segmento(s).

clicar no botão que alterna View Segment Lines caption.

As linhas amarelas dos segmentos são exibidas como:

Uma linha vertical entre a extremidade distal dos segmentos.

Duas linhas horizontais entre o raio medial e lateral do segmento (isto é, da extremidade distal do segmento às bordas laterais do segmento, que estão um raio a parte.)

Criando o Modelo Híbrido

Iniciart -> Programa -> C-Motion -> Visual3D Cria um novo modelo usando o arquivo da posição estática
  1. Do menu Model, selecione Create - Hybrid Model do arquivo C3D.
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  2. Selecionar Visual3D Hybrid Model.
  3. Uma caixa de diálogo intitulada ”Select the calibration file for the new model” irá aparecer;
    selecione ”Lower Body Static Trial.c3d.” Clicar Open.
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  4. Visual3D irá mudar para o modo Model Building automaticamente. A visualização em 3D irá exibir o valor médio da localização dos marcadores do arquivo da posição estática. A barra de diálogo à esquerda da tela irá conter a lista dos segmentos, que por padrão irá conter apenas o segmento representando o laboratório (isto é, o volume do arquivo de captação).
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    Nota: Sua tela pode parecer um pouco diferente.


Centralizando as marcas no visor

  1. Girar o modelo de forma que fique de frente para você completamente.
  2. Centralizar o modelo de forma que o centro de massa fique exatamente sobre a cruz branca.
  3. Girar o modelo de forma que você o veja completamente de lado.
  4. Centralizar o modelo de forma que o centro de massa fique exatamente sobre a cruz branca.
  5. Girar o modelo de forma que você o veja por cima completamente.
  6. Centralizar o modelo de forma que o centro de massa fique exatamente sobre a cruz branca. Seu modelo deve estar agora completamente centralizado.

Identificando os Marcadores

  • Clicando em um marcador individual destaca e exibe o nome e localização do marcador. Clicando novamente irá desmarcar e remover o nome.
  • O botão caption altera entre númeração, nomes e anotações dos marcadores.

Criando o Segmento Pelve

Existem várias possibilidades para os marcadores da pelve que fazem sentido anatomicamente, portanto, existem vários conjuntos de modelos pélvicos na história da comunidade biomecânica. O conjunto de marcadores mais comum é o Helen Hayes mostrado aqui.

Neste tutorial estaremos apresentando o segmento da pelve que é definido similarmente como todos os demais segmentos em Visual3D, então nos referimos a este como Visual3D Pelvis

  1. Da caixa Segment Name, selecione Pelvis.
  2. Da caixa Segment Type, selecione Visual3D.
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  3. Clicar em Create.
  4. Uma caixa de diálogo escrita Enter Body Mass (entre a massa do corpo em Kg) e Height (altura em metros) irá aparecer porque o Visual3D necessita das medidas antropométricas do indivíduo, como massa e altura, para vários cálculos. Para esse exemplo, entre 48.6 kg e1.57 m, e clicar OK.
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Nota:: não usar virgula entre os números e sim ponto.

  1. Na guia Pelvis, entre esses valores:
  2. Definir Articulação Proximal e Raio: (Right and Left Iliac Crest Markers) (Marcadores direito e esquerdo da crista ilíaca)
  3. Lateral: RPP (pelve proximal direita)
  4. Medial: LPP (pelve proximal esquerda)
  5. Definir Aritulação Distal e Raio: (Right and Left Greater Trochanter Markers) (Marcadores direito e esquerdo do trocânter maior)
  6. Lateral: RHP (quadril proximal direito)
  7. Medial: LHP (quadril proximal esquerdo)
  8. Selecionar as marcas de rastreamento: LAS, RAS, LPP, RPP (Selecionar todas 4)
  9. Depth (profundidade): 0.14000 (Profundidade física da pelve; distância média entre ASIS e PSIS)
  10. Clicar em Build Model para construir o segmento da pelve. Você deverá ver o segmento pélvico no se modelo estático. Se você não visualizar o segmento da pelve depois de clicar em Build Model, cheque novamente os valores entrados nos últimos passos.
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Visualizando o Sistema de Coordenadas do Segmento Pelve

É sempre útil isolar o sistema de coordenadas do segmento para poder validar se foi configurado corretamente. Esta visão pode também ajudar a você visualizar onde o centro de gravidade do segmento está posicionado. Siga o procedimento abaixo, desabilitando as posições de visualizar o modelo, para isolar o sistema de coordenadas do segmento da pelve. Quando você terminar você verá o Sistema de Coordenadas da Pelve representado por uma linha vermelha (referente ao eixo-x), linha verde (eixo-y) e uma linha azul (eixo-x) como na imagem abaixo.

Nota: Cada botão visualizador é um botão que alterna e irá desabilitar ou habilitar um..

  1. Clicar no botão de alternar Views Segment caption na barra de ferramentas até que os ossos da pelve desapareçam (o mesmo efeito pode ser atingido pressionando a tecla F5 no seu teclado).
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  2. Clicar no botão de alternar Views Segment Geometry caption na barra de ferramenta até você desabilitar a visão geométrica da pelve (o mesmo efeito pode ser atingido pressionando a tecla F7 no seu teclado).
    Nota: Se você seguiu este tutorial corretametne, esta visão deverá estar desabilitada.

Clicar no botão de alternar Views Segment Lines caption na barra de ferramente até desabilitar as linhas amarelas conetando as extremidades dos segmentos.

Propriedades dos Segmentos

As seguintes propriedades são computadas baseadas na calibração das extremidades proximais e distais dos segmentos.

  • Segment Length (Comprimento do Segmento)- É computador baseado na calibração da extremidade distal e proximal do segmento.
  • Inertial Values - (Valores da Inércia) É computada baseada na massa e geometria do segmento. Estes valores podem modificar apenas para segmentos com CUSTOM SEG (ment) selecionado para a Geometria do Segmento.
  • Distance from CM (Centro de Massa) to Proximal end - Este é um multiplicador usado para modificar a distância do centro de massa do segmento ao extremidade proximal do segmento. Este campo é apenas usado quando o CUSTOM SEG (ment) é selecionado na Geometria do Segmento.

Vendo as Propriedades do Segmento Pelve

A caixa de diálogo das Propriedades do Segmento modifica propriedades gerais que são comuns a maioria dos segmentos. O uso mais comum inclui mudanças na massa do segmento, na escala e rotação do objeto que representa o segmento, adicionar um objeto personalizado (como por examplo um taco de golfe ou um taco de basebal), remover os cálculos cinéticas para o segmento, modificar o tamanho e a rotação do segmento e modificar o sistema de coordenadas do segmento.

Propriedades do Segmento que podem ser modificadas

  • Segment Name - (Nome do Segmento) Essa mudança irá selecionar outro segmento para modificar.
  • Kinematics Only - (Cinemática) Selecione essa caixa para cada segmento quando apenas cálculos cinemáticos serão calculados (onde cálculos cinéticos não são necessários). Esta proprieda é útil quando você cria um segmento virtual onde cálculos cinéticos não são necessários como o pé virtual e o laboratório virtual.SE você tentar calcular cinética para esses tipos de segmentos virtuais aparecerá um erro, pois esses segmentos são virtuais, e não possuem massa.
  • Segment Mass - (Massa do Segmento) A massa do segmento é padrão e baseada no tipo de segmento e na massa do indivíduo. Para mudar esse valor, voce pode entrar um valor específico para a massa (em kilogramas), ou usar a fórmula diretamente nos dados do indivíduoe xistentes (Subject Data) (como por exemplo porcentagem da massa do indivíduo). Isto pode ser útil nos casos em que o indivíduo faz uso de uma prótese por exemplo que tem massa diferente da parte do copro que está substituindo.
  • Segment Geometry - (Geometria do Segmento) O segmento pode ser representado internamente por um CONE, CILINDRO, ESFERA, ELIPSE ou CUSTOM SEG (ment)(ou personalizado, de acordo com a necessidade do usuário). A geometria do segmento afeta as propriedades inerciais e a localização do centro de massa. Também afeta o desenho da geometria do segmento quando o recurso ver segmento geometry é selecionado na janela de construir animação/modelo (animation/model builder window). Isto seria útil nos casos em que você tiver um segmento personalizado definido e precisa mudar a geometria padrão do segmento.
  • Model File - (Arquivo Modelo) Este é arquivo gráfico do modelo (.v3g, .obj, ou .wrl) usado para desenhar o segmento na janela animação/modelo. Na maioria dos casos isto seria feito, mas poderia ser um objeto como um taco de golfe ou de basebal, ou como você verá na seção Just for Fun (só de brincadeira) abaixo, onde um crânio ósseo substitui o segmento pelve.
  • Material File - (Arquivo Materiais) Os arquivos de materiais podem ser carregados para mudar a cor do segmento. Arquivos de materiais só podem ser usados em arquivos com extensão .obj.

Modificando a propriedade do segmento:

  1. Selecionar o nome do segmento na caixa de combinação Segment Name (Nome do Segmento). A propriedade do segmento selecionada será exibida na caixa de diálogo.
  2. Para modificar as propriedades, faça a mudança desejada na caixa de diálogo.
  3. Clicar Apply.
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Um pouco de diversão com os Gráficos

Você pode pular para a próxima seção se desejar. Você verá que é possível recolocar os ”ossos” com outro ossos ou arquivos de objetos. Um exemplo simples, você pode alterar o modelo da pelve para exibir um crânio ao invés dos ossos da pelve.

  1. Clicar no botão Browse do lado da caixa de edição Model File.
  2. Abrir o arquivo head.v3g.
  3. Clicar Apply. A imagem em 3D da cabeça irá aparecer no lugar da pelve.
    Nota: Para as versões mais antigas do software seria head.obj. Visual 3D aceita qualquer um dos formatos.
  4. A cabeça irá aparecer virada para baixo, porque por padrão, o sistema de coordenadas do segmento da cabeça é definido como extremidade distal o topo da cabeça.
  5. Para re-orientar a cabeça:
  6. clicar no botão Rotate/Scale Graphic Model
  7. Configurar para Horizontal Rotation a 180
  8. Clicar OK para aceitar o valor da nova rotação e fechar a janela .
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  9. Restaurar a imagem da pelve antes de prosseguir:
  10. Mudar Model File de volta para pelvis.v3g
  11. Clicar Rotate/Scale Graphic Model
  12. Clicar Reset.
  13. Clicar OK.

Salve os dados

Salve sempre para evitar perda de arquivos devido a queda de energa ou erros do windows.

Salve o espaço de trabalho como um arquivo .cmo

Mantenha uma série de arquivos como .cmo com seu trabalho de forma que você possa sempre reverter a um passo anterior.

  1. Do menu File, clicar em Save As.
  2. Na caixa de diálogo rotulada Save As salve seu arquivo MyTutorial1.cmo, navegue ao local de sua escolha e clicar em Save.

Salve a Template do Modelo

Salve as definições do segmento como um arquivo de template modelo (mdh) para permitir você re-criar modelos usando a mesma configuração de marcas.

Em Model no menu selecione Save Model Template.

Na caixa de diálogo Save As nomeie seu arquivo tutorial_template.mdh, navegue ao seu local de escolha e clicar em Save.

Aplicando um Modelo de Template

Agora que existe um modelo de template, você pode usar essa template com outro conjunto de dados.

No menu clique em Model e selecione Apply Model Template

Na caixa de diálogo selecione o arquivo .mdh apropriado.

Definindo os demais Segmentos

Criando o Segmento Direito da Coxa

  1. Da guia Segments tab, selecione Right Thigh na caixa de lista Segment Name
  2. Clicar Create. Uma nova guia rotulada Right Thigh irá abrir.
  3. Na guia Right Thigh, entre esses valores:

  4. Definir Articulação Proximal e Raio
    Lateral: RHP     Joint: None     Medial: None     Raio: .089
    Nota: Não existe marca medial na extremidade proximal. Apenas três marcadores são necessários para criar um plano. Nesta situação Visual3D requer a distância da marca ao centro de rotação do quadril (raio proximal).

    Definir Articulação Distal e Raio
    Lateral: RLK     Joint: None     Medial: RMK
    Selecionar marcadores de rastreamento: RTH1, RTH2, RTH3, RTH4 (Selecione todos 4)
    Nota: Pressione a tecla Ctrl no seu teclado para fazer múltiplas seleções.

  5. Clicar Build Model. A imagem em 3D image da coxa irá aparecer.
    Nota: Se você receber uma mensagem de erro sobre propriedades inerciais e segmentos personalizados, você deve ter entrado um número incorreto para o raio proximal.
    caption
  6. Clicar Close Tab antes de prosseguir.
    Nota: Fechar a guia não irá afetar o modelo de forma alguma.

Criar o Segmento Direito da Perna

  1. Na guia Segments, selecione Right Shank na caixa de nomes dos segmentos (Segment Name).
  2. Clicar no botão Create Segment.
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  3. Na guia Right Shank, entre estes valores:

    Definir Articulação Proximal e raio
    Lateral: RLK     Joint: none     Medial: RMK     Radius:
    Definir Articulação Distal e Raio
    Lateral: RLA     Joint: none     Medial: RMA     Radius:
    Selecionar Marcas de Rastreamento: RSK1, RSK2, RSK3, RSK4
  4. Clicar em Build Model. A imagem em 3D da perna irá aparecer distal a coxa.
  5. Clicar em Close Tab antes de prosseguir.

Criar o Segmento Direito do Pé

  1. Na guia Segments, selecione Right Foot na caixa de nomes dos segmento.
  2. Clicar no botão Create Segment.
    caption
  3. Na guia Right Foot, entre estes valores:

    Definir Articulação Proximal e Raio
    Lateral: RLA     Joint: none     Medial: RMA     Radius:
    Definir Articulação Distal e Raio
    Lateral: RFT1     Joint: none     Medial: none     Radius: 0.06
    Selecionar Marcas de Rastreamento Targets: RFT1, RFT2, RFT3
  4. Clicar em Build Model. A imagem em 3D image do pé irá aparecer distal a perna.
  5. Clicar em Close Tab antes de prosseguir.
  6. Esta é uma representação simples do pé que é adequada para vários cálculos cinemáticos e cinéticos em Visual3D. Entretanto, este segmento não é adequado para o cálculo do ângulo do tornozleo; veja a seção de ângulos para maiores informações.

Criando o Segmento Esquerda Coxa

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  1. Na guia Segments , selecione Left Thigh na caixa Segment Name.
  2. Clicar no botão Create Segment .
  3. Na guia Left Thigh, entre os valores:

    Define Articulação e Raio
    Lateral: LHP     Joint: none     Medial: none     Radius: 0.089
    Define Distal Joint and Radius
    Lateral: LLK     Joint: none     Medial: LMK     Radius:
    Selecionar Marcas de Rastreamento: LTH1, LTH2, LTH3, LTH4
  4. Clicar em Build Model. A imagem em 3D da coxa esquerda irá aparecer.

Criando o Segmento da Perna Esquerda

  1. Na guia Segments, selecione Left Shank na caixa Segment Name .
  2. Clicar bi botão Create Segment .
  3. Na guia Left Shank , entre esses valores :

    Definir Articulação Proximal e Raio
    Lateral: LLK     Joint: none     Medial: LMK     Radius:
    Define Distal Joint and Radius
    Lateral: LLA     Joint: none     Medial: LMA Radius:
    Selecionar as Marcas de Rastreamento: LSK1, LSK2, LSK3, LSK4
  4. Clicar em Build Model. A imagem em 3D image da perna esquerda irá aparecer.

Criar Segmento Esquerdo do Pé

  1. Na guia Segments, selecionar Left Foot na caixa Segment Name.
  2. Clicar no botão Create Segment.
  3. Na guia Left Foot, entrar esses valores:

    Define Proximal Joint and Radius
    Lateral: LLA     Joint: none     Medial: LMA     Radius:
    Define Distal Joint and Radius
    Lateral: LFT1     Joint: none     Medial: none     Radius: 0.06
    Selecionar as Marcas de Rastreamento : LFT1, LFT2, LFT3
  4. Clicar em Build Model. A imagem em 3D da perna esquerdo irá aparecer.

Criar o Segmento Esquerdo do Pé

  1. Na guia Segments, selecionar Left Foot na caixa Segment Name.
  2. Clicar no botão Create Segment .
  3. In the Left Foot tab, enter these values:

    Define Proximal Joint and Radius
    Lateral: LLA     Joint: none     Medial: LMA     Radius:
    Define Distal Joint and Radius
    Lateral: LFT1     Joint: none     Medial: none     Radius: 0.06
    Selecionar Marcas de Rastreamento : LFT1, LFT2, LFT3
  4. Clicar em Build Model. A imagem em 3D do pé distal a perna irá aparecer.

Completando o Modelo

  1. Quando todos os segmentos forem definidos, clicar Build Model.
  2. Em File menu, clicar em Save para salvar o arquivo para usar em outro tutorial.
  3. Salvar o modelo como Model Template.

Verificar a template do modelo

  1. Limpar a área de trabalho do Visual3D - Selecionar File New
  2. Repetir os passos iniciais deste tutorial.
    1. Abrir o arquivo de movimento
    2. Criar o modelo híbrido usando o arquivo estático
    3. Assinalar os arquivos de movimento ao modelo
    4. Aplicar a template do modelo. Voce vai achar essa opção em Model Menu Item.



Prosseguir para o tutorial Tutorial: Visualizing Data

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