Górnośląskie Centrum Obliczeń Naukowych i Inżynierskich

Przedmiotem ekspertyzy jest rozwinięcie metodologii zastosowania danych z systemów przechwytywania ruchów w grach poważnych. Sprzętowo zastosowania wspierane są przez systemy czujników dzielące się ogólnie na dwie grupy, systemy markerowe i systemy czujnikowe. Systemy markerowe charakteryzują się większą dokładnością pomiarową lecz ich wadą jest konieczność instalacji w zamkniętych laboratoriach.

Systemy czujnikowe są mniej dokładne lecz ich zaletą jest duża elastyczność , możliwość transmisji danych na duże odległości w różnorodnych konfiguracjach.

Kostium do akwizycji i analizy ruchu jest przykładem systemu przechwytywanie ruchu (MOCAP), który oparty jest o czujniki IMU. Do estymacji orientacji wykorzystywane są algorytmy fuzji danych pochodzących z akcelerometru, żyroskopu i magnetometru. W ramach opracowanej ekspertyzy opisano nowy, prosty i efektywny algorytmu LQF (Lightweight Quaternion Filter) do estymacji orientacji w trzech wymiarach [1]. Wyniki algorytmu zostały porównane do zaimplementowanego algorytmy znanego z literatury EQKF (Extended Quaternion Kalman Filter). Wykazano ich zalety w porównaniu z implementacją literaturową.

Zaprojektowany filtr umożliwia estymację położenia segmentu ciała, które jest wyrażone za pomocą znormalizowanego kwaternionu. Filtr zbudowany jest z dwóch bloków. Pierwszy wykorzystuje prędkość kątową oraz orientację wyznaczoną w poprzedniej chwili czasu i wyznacza orientację qG za pomocą całkowania. Drugi blok wykorzystuje pomiar z akcelerometru i magnetometru. Sygnały wykorzystywane w drugim bloku są wstępnie filtrowane za pomocą filtru dolnoprzepustowego, a następnie orientacja qAM jest wyznaczana jako proces Grama-Schmidta dwóch systemów wektorów. Wynikowa orientacja jest rezultatem sferycznej liniowej interpolacji (SLERP) qG i qAM z parametrem K, który oznacza proporcję wpływu każdej z orientacji na orientację końcową. Parametr K jest wynikiem funkcji walidacji, która bierze pod uwagę występowania zewnętrznego przyspieszenia.

Systemy czujnikowe ze względu na swoją elastyczność w stosowaniu mogą być w konsekwencji wykorzystywane w grach poważnych szczególnie w zastosowaniach do rehabilitacji.

Gry komputerowe są coraz częściej wykorzystywane w celach innych niż sama rozrywka. Gry poważne to gry służąca celom treningowym, edukacyjnym, terapeutycznych i badawczym. Ekspertyza opisuje możliwość wykorzystania manipulatora haptycznego w grze rehabilitacyjnej dla dzieci z dyspraksją (Developmental Coordination Disorder, DCD) [2]. Przedstawiona została metoda rehabilitacji z wykorzystaniem stworzonej gry, która bazuje na sprzężeniu zwrotnym generowanym przez manipulator haptyczny.

Została zaprojektowana i zaimplementowana gra poważna, która wykorzystuje manipulator haptyczny do wprowadzenia serii rehabilitacyjnych ćwiczeń umożliwiających poprawę zdolności motorycznych dzieci chorych na DCD. Głównym zadaniem w grze jest podążanie ramieniem manipulatora za obiektem wyświetlanym na monitorze w przestrzeni trójwymiarowej. Ścieżka wyznaczana jest za pomocą krzywej Bezira. Dodatkowo ramie oddziałuje siłą zwrotną przy próbie zejścia z wyznaczonej ścieżki. W grze mierzona jest długość ścieżki przebytej przez gracza i czas przejścia ścieżki. Te dwa parametry pozwalają wprowadzić element współzawodnictwa oraz element umożliwiający pomiar podstępów w rehabilitacji.

Szczegółowe wyniki obliczeniowe i eksperymentalne ekspertyzy zawarte są w publikacjach:

1. Słupik Janusz; Szczęsna Agnieszka; Polański Andrzej; ,"Novel Lightweight Quaternion Filter for Determining Orientation Based on Indications of Gyroscope, Magnetometer and Accelerometer",Computer Vision and Graphics, Lecture Notes in Computer Science Volume 8671, pp.586-593,2014,Springer

http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-11331-9_70

2. Wałach Anna; Szczęsna Agnieszka; ,Three-Dimensional Haptic Manipulator Controlled Game in the Treatment of Developmental Coordination Disorder, Information Sciences and Systems 2014,Springer,377-386

http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-09465-6_39#