Raspbody

Abstract

A Biomecânica é a área de estudo da Educação Física, Fisioterapia e Medicina, que estuda o movimento humano com base nos princípios da mecânica. A Biomecânica basicamente se utiliza de métodos de análise cinemática e cinética do movimento humano. A análise cinemática estuda a descrição do movimento humano em relação ao tempo e espaço. Diversas técnicas computacionais têm sido utilizadas para análise cinemática do movimento humano, sendo a técnica de cinemetria a mais utilizada para reconstruir o movimento humano em ambiente computacional. A cinemetria utiliza a filmagem de um determinado movimento humano, onde marcadores de referência são fixados no corpo, para reconstruir o mesmo em ambiente virtual para análise em tempo real ou a posteriori. O objetivo principal do projeto édesenvolver um protótipo de sistema de cinemetria 3D de baixo custo. Como objetivos específicos, temos o desenvolvimento de uma interface responsiva, um algoritmo de tracking (rastreamento),um sistema de calibração, que utilizará um calibrador volumétrico de 1m³, um algoritmo de transformação da realidade 2D para a 3D e uma estrutura de hardware amigável, com mobilidade e pouco peso. O projeto teve quatro etapas: 1ª) levantamento de requisitos, onde foram levantados os requisitos funcionais básicos para o desenvolvimento do sistema; 2ª) programação do algoritmo detracking da posição dos marcadores detectados nas imagens das câmeras utilizando o Raspberry Pi 3 como sistema de aquisição; 3ª) programação e construção do sistema de calibração, o algoritmo que reconstruirá o ambiente virtual precisará das informações fornecidas pelo sistema de calibração para ajustar as dimensões do mundo real aos pixels do mundo virtual;4ª) programação do algoritmo que reconstruirá o ambiente virtual 3D a partir da imagem das duas câmeras. Como linguagem de desenvolvimento foi utilizado Python, as bibliotecas OpenCV, Numpy e MatplotLib. O sistema WEB foi desenvolvido em Django, Bootstrap e JavaScript. Como a interface do sistema é WEB, o usuário necessita obrigatoriamente de um computador com um Browser. Nesse contexto o computador com o Browser funciona como o controlador do sistema. O Servidor Django estabelece comunicação via Ethernet ou Wi-Fi com dois Raspberry Pi 3, onde as câmeras de infravermelho estão acopladas. Todos os objetivos iniciais do projeto foram cumpridos, foi desenvolvido o sistema de tracking, o sistema de calibração, o sistema de reconstrução 3D, toda a interface front-end responsiva e a montagem de um hardware amigável, com as câmeras acopladas aos Raspberry em uma caixinha plástica e um calibrador volumétrico móvel. Devido a pandemia do coronavírus e as resoluções 18/2020, 23/2020 e 25/2020 do CONSUPER do IFC, as aulas presenciais foram suspensas desde o dia 16 de Março de 2020, bem como qualquer atividade presencial nos laboratórios do campus Araquari. Diante disso, todo o processo de aquisição de dados para testes do projeto foi comprometido, limitando a apenas testes simples de execução. Com os testes mais simples de funcionamento, o sistema se comportou bem, no entanto, quando tivermos acesso aos laboratórios de pesquisas novamente serão feitos novos testes de funcionamento, desempenho e custo para garantir a viabilidade e a confiabilidade do sistema Raspbody.