Tutorial: Overview/pt

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Bem vindo ao software Visual3D de análise de movimento da C-Motion. O software Visual3D fornece cálculos cinemáticos e cinéticos (dinâmica inversa) para análise biomecânica de captura de dados de movimento em 3D. Antes de iniciar os tutoriais, se não o fez ainda, nós recomendamos que voce olhe a documentação do Visual3D Philosophy. Há algumas informações importantes particularmente para os primeiros usuários desta seção.

Nossos tutoriais são projetados para que você caminhe no processo de criação de modelos esqueléticos que representam seus dados de captura de movimento e realizar as análisess biomecânicas. Cada tutorial começa onde o anterior parou, mas os resultados de cada tutorial são salvos em um arquivo com extensão .cmo, de modo que você pode ignorar a parte que você já está familiarizado, ou experimentar as funcionalidades e capacidades diferentes durante o tutorial -. usando apenas como guia. Você não precisa de um arquivo de captura de dados, os dados de entrada serão fornecidos conforme a necessidade ao longo dos tutoriais. Todos os arquivos de dados associados com os tutoriais podem ser encontrados em [Files [Tutorial]].

Nós esperamos que os tutoriais sejam interessantes para você. Nós estamos constantemente em busca de aprimoramento. Se você tiver alguma sugestão para melhorias ou novas funcionalidades, nós gostaríamos de ouví-lo. Apenas deixe uma mensagem em info@c-motion.com em qualquer momento.

Isto é apenas parte da documentação do Visual3D. Existe uma coleção grande em collection of examples documented as well.

Preparando para os Tutoriais

Supõe-se que a versão 3.0 do Visual3D (ou posterior) já tenha sido abaixada diretamente do site da e instalada. As chaves de licença são necessárias para rodar o programa. Por favor, veja a documentação do Visual3D documentation para informações sobre o processo de instalação e licensiamento. Entre em contato com a c-motion via info@c-motion.com para obter uma cópia de avaliação do Visual3D se necessário. Faremos uma análise de marcha da extremidade inferior em uma coleção de tutoriais. As técnicas e processos que seguem são facilmente transferidas para a área esportiva, neurociência, animação e para outras aplicações.

Área de trabalho (Workspace) do Visual3D

A ilustração gráfica a seguir mostra a área de trabalho, seus componentes e arquivos externos.
Caption
É muito importante compreender como estes arquivos relacionam entre si. Compreendero como a área de trabalho do Visual3D é criada e usada facilitará o uso do Visual3D.

Modos da área de trabalho

A interface gráfica do Visual3D é projetada para refletir o fluxo de trabalho. Se caracteriza por guias com as seguintes propriedades:

  • Workspace Status Tab - Local onde você trabalha com seus arquivos C3D de movimento ou estáticos, como também com vários outros arquivos.
  • Signals and Events Tab - Local onde voce visualiza as animações, examina o conteúdo dos seus arquivos originais C3D em detalhes, define e executa uma variedade de cálculos de dados derivados, define e nomeia eventos que são importantes no seu aplicativo (por exemplo, choque de calccanhar e retirada dos dedos na análise de marcha).
  • Models Tab - Nesta guia você irá construir os modelos biomecânicos. Você também pode especificar suas características como o número, tipo e geometria dos segmentos, as propriedades inerciais das articulações (isto é, número de graus de liberdade) os cálculos biomecânicos baseado no modelo, como ângulos articulares, momentos de força, potência e outros valores computadors.
  • Reports Tab - Aqui você irá definir e contruir os seus relatórios para impressão reports (tabular and graphical representations of data).
  • CalTester Tab - Esta guia é para os resultados do CalTester.
  • Real-Time Tab - Esta guia é para visualizar e processar dados transmitdos por streaming.
  • Simulation Tab -

Conceitos da área de trabalho

Se você é aventureiro você pode iniciar os tutoriais agora, de qualquer forma as informações abaixo lhe darão mais embasamento que você poderá achar útil. Visual3D é tipicamente usado como uma ferramenta de análsie – não como ferramenta de coleta de dados. Uma análsie requer 2 componentes de entrada.

  • O primeiro é o arquivo de calibração com o indivíduo na posição estática, o qual é importante para a definição do modelo.
  • O segundo é o arquivo com os dados de movimento para análise. Você começará a trabalhar com os dados de movimento no tutorial 2.

Estes arquivos devem estar no formato .c3d. A maioria dos sistemas de captura de análise de movimento produzem seus dados neste formato.

Formato dos Arquivos

Visual3D carrega diferentes formatos de arquivo, mas nós iremos usar apenas 2 formatos nos tutoriais.

Arquivo C3D

O arquivo em formato C3D contém os dados do movimento, informações da plataforma de força, e qualquer outro sinal analógico (EMG, acelerômetros, foot pads, etc).

O formato C3D é um formato aberto e as especificações estão disponíveis no site www.c3d.org. Estes arquivos são criados usando o software de captura de movimento que você adquiriu com o seu fornecedor. Para sistemas que não criam ou exportam arquivos no formato c3d, existem alguns plug-ins disponíveis pela C-Motion que fará essa conversão. Saída de câmera de vídeo (também realidade virtual, MRI, e outros tipos de dados de movimento) devem ser pré-processados com outro programa para adicionar e definir a calibração e as marcas de rastreamento, e os resultados exportados como arquivos de movimento no formato c3d.

Visual3D irá tratar o arquivo c3d como o arquivo que contém APENAS os valores originais dos dados.

Visual3D segue a filosofia de que seus dados originais são sagrados – e nunca devem ser trocados ou modificados. Isto proteje o pesquisador e permite que a análise dos dados seja reproduzível a qualquer momento. Assim, os dados são copiados no espaço de trabalho do Visual3D e Plug-ins que fazem as conversões dos dados, apenas lêem os dados originais e enviam já formatado em C3d diretamente para o Visual3D.

Arquivo CMO

Visual3D cria um espaço de trabalho único no qual cada arquivo de dado é adicionado, modelos são integrados e relatórios são produzidos. Todo o espaço de trabalho pode então ser salvo e compartilhado como um relatório digital no qual todas das análises, dados e modelos são referenciados.

Um arquivo cmo comporta todos os arquivos do espaço de trabaho do Visual3D. Contém os dados de movimento em c3d; o dado c3d de calibração; a definição do modelo (o qual pode ser salvo como uma tempalte); o sinal processado, cinemático e os dados cinéticos; e o relatório (cujo formato e definição pode também ser salvo como uma template). Um arquivo .cmo na área de trabalho pode conter vários modelos e/ou e vários arquivos de movimento ao mesmo tempo para análises mais complexas.

Modelo da Template

Uma template NÃO é um modelo completo, mas sim um arquivo ASCII que contém as definições dos segmentos e dados específicos do indivíduo (massa, altura, valor do raio do segmento eexspressões de modelos/ítens). As templates dos modelos são salvas em arquivos com extensão .mdh. O reuso de qualquer template requer mudar os dados específicos do indivíduo uma vez que é específico a um único arquivo estático c3d de calibração.

Por exemplo, um ”modelo” pode existir apenas conceitualmente dentro do espaço de trabalho, e é na verdade a combinação:

  • do arquivo estático de calibração
  • das definições dos marcadores
  • das definições dos segmentos
  • da antropometria do segmento
  • dos dados específicos do indivíduo

Os tipos de modelos que você usualmente irá trabalhar no Visual3D são compostos de segmentos rígidos (por exemplo, coxa, perna e pé), cada qual correspondente a uma estrutura óssea do corpo, ou a uma estrutura rígida como uma bengala.

Cada segmento é tratado como corpo rígido e como este termo é utilizado na mecânica - possui massa e dimensões fixas e não sofre deformação (mudança de forma) em resposta às forças externas. No espaço em 3 dimensões, um corpo rígido tem seis graus de liberdade , matematicamente significando que seis variáveis escalares são necessárias para representar a posição e orientação do corpo no espaço.

Template do Relatório

Contém os layouts dos gráficos e tabelas – mas NÃO CONTÉM DADOS. Cada gráfico é configurado para procurar no espaço de trabalho do Visual3D por nomes específicos de sinais e intervalos de eventos, etc. Para reusar a template requer que você use nomes consistentes para os marcadores, rótulos, dados métricos, tags, eventos e cálculos entre os vários indivíduos e tentativas de movimento. Se você usar nomes diferentes a template com os gráficos não será preenchida, pois não encontrará as informações como anteriormente.

Arquivos Pipeline

Visual3D suporta em seu pipeline a opção de automatizar o fluxo de trabalho. Cada comando no Visual3D (mais de 119 e ainda em crescimento) pode ser rodado no processador do Pipeline de forma que uma sessão inteira de análise de movimento pode ser automatizada. O script de comandos pode ser salvo como um arquivo texto ASCII e reusado de acordo com a necessidade. Os scripts que são usados com mais frequência, podem ser copiados para o diretório do ”Pipeline” onde o Visual3D está instalado que irão aparecer na guia do campo de trabalho do Visual3D quando o programa inicia.

Sistema de Coordenadas

Sistemas de Coordenadas do Laboratório (Laboratory Coordinate System - LCS)

Sistema de coordenadas dedfinido pelo sistema de captura de movimento.

Isto é muitas vezes referenciado como Sistema de Coordenadas Global, no Inglês Global Coordinate System, ou Sistema de Referência Inertial, no Inglês, Inertial Reference System.

Sistema de Coordenadas do Segmento (Segment Coordinate Systems - SCS)

A computação dos modelos são facilitadas pela associação de um sistema de coordenadas distinto para cada segmento do modelo. Este sistema de coordenadas relativo do segmento (chamado simplesmente de segment coordinate systems ou SCS) move em relação ao sistema de coordenadas locais (LCS) como o segmento move em relação a sí mesmo, por exemplo, a transformação do SCS-ao-LCS não é fixa, mas muda de momento a momento durante o movimento. Os laboratório possuem diferentes convensões na definição do SCS; uma das possibilidade é que o eixo Z do SCS esteja orientado ao longo do comprimento do segmento, o eixo X alinhado medio-lateralmente e o eixo Y orientado à 90 graus do eixo X e Z. Em algumas aplicações específicas, um segundo sistema de coordenadas relativo ao segmento denominado sistema de coordenadas muscular (muscle coordinate system - MCS) ou algumas vezes também nomeado sistema de coordenadas técnicas ou no Inglês como ”technical coordinate system” etc., é definido para certos segmentos do corpo, tipicamente para facilitar a definições de pontos chaves como inserções musculares.

No Visual3D, cada modelo segment é definido por dois pontos no espaço, conhecidos como extremidades distal e proximal, correspondendo aproximadamente a pontos mais proeminentes na extremidade distal do osso que o segmento representa, e de um terceiro ponto, o qual define a orientação do vetor entre os dois pontos finais. É claro que os segmentos do corpo humano não movem de maneira independente um do outro - pois os segmentos estão unidos pelas articulações. Por isto que os modelos do Visual3D são chamados de modelos conectados, ou do Inglês, link models. Uma articulação é uma conexão (conexão mecânica) entre a extremidade distal ou distal end de um segmento com a extremidade proximal ou proximal end de outro segmento.

Sistema de Coordenadas das Plataforma de Força

Cada plataforma de força mede parâmetros de força (como centro de pressão ou COP) relativo às bordas de cada plataforma, isto é, em relação ao ”sistema de coordenadas da plataforma” que está alinhado com a plataforma. Os parâmetros de força como o COP devem quase sempre ser transformados da plataforma relativo ao sitema de coordenada local(LCS). Os sistemas de captura de movimento devem ser configurados e calibrados corretamente para fornecer coordenadas do LCS.

Transformação do Sistema de Coordenadas

Dado quaisquer dois sistemas de coordenadas S1 e S2, às coordenadas em qualquer ponto pode ser dada como (x1,y1,z1) no sistema S1, ou como (x2,y2,z2) no sistema S2. Um princípio importante da geometria analítica é a noção de transformação de coordenadas, o qual diz com efeito que, dada uma definição precisa de S1 e S2, podemos computar (x2,y2,z2) de (x1,y1,z1) ou vice versa. Entre os sistemas de coordenadas Cartesianas, a transformação de coordenadas pode ser expressa como matrizes e calculadas usando métodos de álgebra matricial. Visual3D representa e processa transformação de coordenadas internamente como matrizes.

Rastreando o Sistema de Coordenadas do Segmento

Os sistemas de captura de movimento usam câmeras de vídeo ou dispositivos similares para rastrear a posição instantânea de alvos marcadores (normalmente simplesmente chamados ”alvos” ou ”marcadores”) quando estes se movem. Normalmente, não é possível posicionar marcadores na extremidade proximal e distal do segmento, porque estas extremidades são definidas como pontos internos no corpo do indivíduo. Em vez disso, os marcadores são posicionados em vários pontos no segmento de várias formas pragmáticas, de modo que o movimento dos marcadores no espaço esteja fortemente correlacionado com o movimento do segmento, e também à localização das coordenadas do modelo-a extremidade do segmento pode ser computada das coordenadas do LCS (sistema de coordenadas local)das marcas do segmento, produzidas pelo sistema de captura de movimento. Os detalhes destes cálculos, os quais o Visual3D executa automaticamente com base em simples informações fornecidas por você, já foram descritas, assim como os princípios de configuração de um conjunto de marcadores (a seleção apropriada da localização de marcadores em estudos específicos). Neste ponto, podemos notar apenas que para coletas estáticas, marcadores extras de calibração são normalmente adicionados à configuração básica do conjunto de marcadores para facilitar os cálculos.

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