A Methodology to Create 3D Body Models in Motion

[EN] Size, shape and posture are fundamental features of digital human models (DHM) to obtain accurate virtual simulations of the ergonomics of products and environments. Research on 3D body scanning, processing and modelling have enabled the generation of avatars representing specific populations and morphotypes in standing and seated postures being the basis to define size and shape of DHM. Posture is implemented with biomechanical models of the human movement. Most of the research is focused on posture control and movement tracking to analyze the variability in different contexts (e.g. driving, performing a working task). Motion capture technology used for this purpose, requires a limited number of sensors or reflective markers attached to the body according to the definition of body segments. 3D body scanning and motion capture are both technologies currently used to analyze human body shape and biomechanics to apply it to enhance digital human models. These technologies may converge on the so-called temporal 3D scanners or 4D scanners, a new technology recently developed to scan the body in motion. With this technology, it is possible to obtain sequences of dense 3D point clouds representing the movement of the body. In this paper, a novel methodology to create realistic 3D body models in motion is proposed. This method is supported by a new 4D scanning system (Move 4D) and a data driven-model. Move4D is a modular photogrammetry-based 4D scanning system. It consists of a set of 12 synchronized modules to scan full bodies with texture in motion. It can capture up to 180 fps with a resolution of 2 mm. The algorithms have been conceived and optimized to automatically process the series of raw point clouds captured. They rely on a data-driven body model including shape, pose and soft-tissue deformation trained with a large database and a deep learning model. The process is fully automatic and does not require any interactive landmarking or revision. The 3D outcome of this methodology is one noise-and artefact-free watertight mesh per frame and a model of shape, pose and soft-tissue that can be rigged with a 23-joint skeleton. This type of outcome permits their use for many applications such as simulations, augmented and virtual reality (AR/VR) or biomechanical analysis purposes.The research presented in this paper have been developed within the projects IMDEEA/2020/85 and MDEEA/2020/87. Funding requested to Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE), call for proposals 2020 for Technology Centers of the Comunitat Valenciana, co-funded by ERDF Funds, EU Operational Program of the Comunitat Valenciana 2014-2020.Parrilla Bernabé, E.; Ruescas, A.; Solves, J.; Ballester Fernandez, A.; Nacher Fernandez, B.; Alemany Mut, MS.; Garrido Jaen, JD. (2020). A Methodology to Create 3D Body Models in Motion. Springer. 309-314. https://doi.org/10.1007/978-3-030-51064-0_39S309314Scataglini, S., Paul, G.: DHM and Posturography. Academic Press, London (2019)Zakaria, N., Gupta, D.: Anthropometry, Apparel Sizing and Design. Woodhead Publishing, Cambridge (2019)Liberadzki, P., Adamczyk, M., Witkowski, M., Sitnik, R.: Structured-light-based system for shape measurement of the human body in motion. Sensors 18, 2827 (2018). https://doi.org/10.3390/s18092827Parrilla, E., Ballester, A., Parra, P., Ruescas, A., Uriel, J., Garrido, D., Alemany, S.: MOVE 4D: accurate high-speed 3D body models in motion. In: Proceedings of 3DBODY.TECH 2019, Lugano, Switzerland, 22–23 October 2019, pp. 30–32 (2019). https://doi.org/10.15221/19.03

BASE PROTECTION, apuesta por la tecnología del IBV para recomendar el modelo y la talla de calzado que mejor se ajusta a cada usuario

[ES] Para que un sistema de recomendación de talla de calzado se considere fiable debe fundamentarse en el ajuste o relación entre la forma interior del calzado y la forma del pie. Para ello es clave el escaneado preciso del pie en 3D y la generación de modelos estadísticos para la predicción del ajuste. Para su transferencia a las empresas, la tecnología debe ser fácilmente integrable en su modelo de negocio y escalable. El Instituto de Biomecánica (IBV) cuenta con la tecnología y las herramientas para escanear el pie del usuario y usar esta información para la selección del modelo y la talla de calzado que mejor se ajusta a cada usuario. También permite asignar la anatomía de la plantilla que mejor se adapta a la forma del pie. El IBV ha colaborado con la empresa BASE PROTECTION licenciando la app 3D Avatar Feet/IBV, que captura la forma del pie con tan solo 3 fotos, y adaptando los algoritmos que permiten asignar la talla del calzado que mejor se ajusta, así como la plantilla más adecuada a cada usuario en función de su anatomía plantarSolves Camallonga, C.; Gonzalez Garcia, JC.; Gil Mora, S.; Ballester Fernandez, A.; Valero Zorraquino, J.; Nacher Fernandez, B.; Alemany Mut, MS. (2020). BASE PROTECTION, apuesta por la tecnología del IBV para recomendar el modelo y la talla de calzado que mejor se ajusta a cada usuario. Revista de Biomecánica (Online). (67):1-5. http://hdl.handle.net/10251/176144S156

Nasal mask for the sleep apnea

[EN] GASMEDI, who supplies home delivered respiratory therapies, has developed in collaboration with Biomechanics Institute of Valencia a new nasal mask for the treatment of the sleep apnea disease. To this end, the person oriented innovation model has been adopted, specially focused on the elderly population. The application of such innovation model has made possible the development of a nasal mask that overcomes the usability and injury drawbacks of current masks. Besides, the nasal mask has been designed in such a way that can be easily used by the aged people.[ES] La empresa GASMEDI, proveedora asal para la apnea del sueño de terapias respiratorias a domicilio, ha desarrollado, en colaboración con el Instituto de Biomecánica (IBV), una nueva mascarilla para el tratamiento de la apnea del sueño. Para su desarrollo se ha seguido el modelo de innovación orientada por las personas, prestando especial atención a las personas de edad avanzada. La aplicación de dicho modelo de innovación perseguía superar los problemas de usabilidad y lesiones que presentan las mascarillas nasales actuales. Asimismo, la mascarilla se ha diseñado de forma que sea fácilmente utilizable por personas mayores.Proyecot desarrollado a través del II Plan de Competitividad de la Empresa Valenciana (PCEV) de IMPIVA, cofinanciado por los fondos FEDER, dentro del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2007-2013.Morales Martín, I.; Atienza Vicente, CM.; Villuendas Ros, A.; Carmona Gutiérrez, C.; Vidal Calvo, L.; Nacher Fernandez, B.; Navarro Garcia, FJ.... (2013). Mascarilla nasal para la apnea del sueño. Revista de biomecánica. 59:51-53. http://hdl.handle.net/10251/38678S51535

Diseño de una suela basculante que respete la ergonomía de la marcha humana

El objetivo principal de este proyecto ha sido el desarrollo de un conjunto de suela y plantilla para calzado urbano, siendo la suela de tipo basculante y la plantilla con elementos de adaptación a la geometría plantar, logrando que el conjunto actúe como un solo elemento y respete la ergonomía de la marcha humana. En primer lugar se ha realizado una extensa revisión del estado del arte, tanto a nivel comercial como científico, para clarificar cuales son los verdaderos efectos del calzado basculante sobre el cuerpo humano y qué tipo de soluciones comerciales de esta gama se están ofreciendo en el mercado. Se han analizado las tendencias de moda para la temporada otoño-invierno 2011 para poder establecer la conexión entre el tipo de producto, su solución definitiva, la filosofía de la empresa Snipe y el grupo de usuarios al que va destinado el calzado. A continuación se ha desarrollado el diseño de la suela y la plantilla siguiendo los requerimientos establecidos por la empresa y el contexto creado por el tipo de producto en el mercado actual. Se han realizado una serie de pruebas biomecánicas para la validación funcional del producto, con medidas de laboratorio usando prototipos funcionales y un grupo de usuarios potenciales del calzado. Finalmente, los resultados de la validación se han analizado para contrastar las hipótesis planteadas. Además se ha realizado una detallada discusión sobre los beneficios que el calzado basculante ejerce sobre el cuerpo humano, y se han establecido cuales de ellos se pueden atribuir al modelo diseñado para la marca Snipe.Nacher Fernandez, B. (2013). Diseño de una suela basculante que respete la ergonomía de la marcha humana. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/62730Archivo delegad

El uso de modelos humanos digitales para estudio de la ergonomía de la postura sentado en automoción

[ES] El uso de modelos humanos digitales (Digital Human Models) en automoción está muy extendido, sobre todo, en simulación de impactos y en la determinación de los alcances y espacios para conductor y pasajeros. El Instituto de Biomecánica (IBV) ha realizado una primera aproximación a la generación de modelos digitales humanos tridimensionales en postura de conducción en el marco de un proyecto más amplio promovido por el laboratorio JARI (Japanese Automotive Research Institute) de japón, cuyo objetivo es investigar la mecánica del latigazo cervical en mujeres, mediante el desarrollo, validación y empleo de modelos de elementos finitos (FEM) del cuerpo humano. La principal aportación del proyecto ha sido el desarrollo de una metodología para obtener mallas completas y simplificadas del cuerpo humano en postura de conducción. También se ha desarrollado un procedimiento para escanear personas en postura de conducción utilizando un escáner que está configurado para postura de bipedestación. La metodología desarrollada abre un avía muy prometedora para el desarrollo de maniquíes virtuales más veraces y representativos de grupos poblacionales con características morfológicas comunes.Nacher Fernandez, B.; Alemany Mut, MS.; Sato, F.; Uriel-Molto, J.; Solaz Sanahuja, JS.; Signes Pérez, E. (2017). El uso de modelos humanos digitales para estudio de la ergonomía de la postura sentado en automoción. Revista de Biomecánica (Online). (64). http://hdl.handle.net/10251/104210S6

New non-invasive absolute Intracranial Pressure (aICP) measurement device

[EN] Intracranial pressure (ICP) is a relevant physiologic parameter, whose monitoring becomes vital in many kinds of pathologies. Only invasive technologies for ICP diagnostics were available up to now for patients with traumatic brain injury. The BrainSafe project allowed developing an innovative absolute-ICP monitoring system that eliminates all the risks related with invasive diagnostic methods, and that provides reliable and fast data through a safety procedure. IBV participated in this initiative developing the design of the measurement instrument, applying ergonomics criteria and considering the functional and mechanical requirements of the device. The final design incorporates all those characteristics, which can guarantee patient's confort, system usability and high quality of the clinical data. This product represents an unprecedented technological progress in detection, monitoring and treatment of central nervous system pathology.[ES] La presión intracraneal (ICP) es un parámetro fisiológico relevante cuya monitorización resulta vital en diversas patologías. Hasta ahora sólo se contaba con tecnologías invasivas para el diagnóstico de la ICP en pacientes con traumatismo craneoencefálico. El proyecto BRAINSAFE ha permitido desarrollar un nuevo sistema de monitorización de la presión intracraneal absoluta (aICP) que elimina por completo todos los riesgos ligados a los métodos de diagnósticos invasivos y proporciona medidas fiables, repetibles y seguras. El Instituto de Biomecánica (IBV) ha participado en esta iniciativa realizando el diseño del dispositivo de medida, aplicando para ello criterios de diseño ergonómico y teniendo en cuenta los requerimientos mecánicos y funcionales del dispositivo. El diseño final reúne todas las características necesarias para garantizar el confort del paciente, la usabilidad del sistema y la calidad de la información clínica obtenida. Este producto representa un avance tecnológico sin precedentes para la detección, monitorización y tratamiento de patologías del sistema nervioso central.Proyecto de Investigación en Beneficio de las Pymes (Research for Small and Medium Enterprises) cofinanciado por la Comisión Europea a través del VII Programa Marco.Deotti Deotti, S.; Molla Domenech, F.; Nacher Fernandez, B.; Atienza Vicente, CM.; Mañas Ballester, B.; Garcia Belenguer, AC.; Solves Camallonga, C.... (2011). Nuevo dispositivo para la medida no invasiva de la presión intracraneal absoluta. Revista de biomecánica. (57):63-65. http://hdl.handle.net/10251/38463S63655

3D-body-hub: Herramientas para incorporar la antropometría en el diseño de producto

Solves Camallonga, C.; Gil Mora, S.; Nacher Fernandez, B.; Uriel-Molto, J.; Ballester Fernandez, A.; Alemany Mut, MS.; Remon Gomez, A.... (2019). 3D-body-hub: Herramientas para incorporar la antropometría en el diseño de producto. Innovación biomecánica en Europa. (8):1-9. http://hdl.handle.net/10251/169346S19

A multidimensional approach to the generation of helmets' design criteria: a prelimenary study

[EN] The design and development process of helmets incorporates systematically design criteria related to safety to accomplish European and local standards for the commercialization. However, there are few studies focused on user's comfort and adaptation. Present study tackles a multidimensional approach to gain better understanding of the interaction between helmet and user to generate design criteria for the internal helmet surface. Morphological characteristics of the target population, pressure distribution over head and subjective perception of fitting and discomfort are the factors considered to establish the criteria that assure a proper fit. Ten men corresponding to helmet size M and usual drivers of motorbike wore two helmet models in three sizes (S, M and L). The head shape of participants was acquired using the head scanner of I-Ware laboratory and an instrumented pad was used to measure pressure in five head regions. After wearing the helmet, users filled in a perception questionnaire about fitting, comfort and usability considering the five regions. Users' fitting perception provided the relation between pressure levels and the comfort felt in the five regions. This study constitutes a first approach to a new methodology to generate criteria to improve the design of helmets under a multidimensional approach.This project has been partially funded by the MEC (reference DPI2007-66245-C02-02). The authors of this paper would like to thank the company NZi who provides the sample of helmets.Alemany Mut, MS.; Olaso Melis, J.; Nacher Fernandez, B.; Gil Garcia, M.; Henández, A.; Piza Padial, M.; Solves Camallonga, C. (2012). A multidimensional approach to the generation of helmets' design criteria: a prelimenary study. Work. 41(1):4031-4037. https://doi.org/10.3233/WOR-2012-0067-4031S4031403741

Novedoso asignador de talla de calzado para la venta por Internet

[ES] MADE IN ME (www.madeinmeshoes.com) es una empresa dedicada al comercio electrónico de calzado diseñado por el propio cliente en función de sus gustos y preferencias. El Instituto de Biomecánica (IBV) ha desarrollado para esta empresa un nuevo asignador de talla de calzado de mujer basado en la antropometría de la población femenina española. Además, el asignador está personalizado para los distintos modelos de calzado que comercializa la empresa.Solves Camallonga, C.; Nacher Fernandez, B.; Gonzalez Garcia, JC.; Herraiz, E.; Benages, L.; Uriel-Molto, J.; Gil Mora, S.... (2017). Novedoso asignador de talla de calzado para la venta por Internet. Revista de Biomecánica (Online). (64). http://hdl.handle.net/10251/104225S6

¿Es posible escanear con precisión el pie en 3D usando un samrtphone?

[ES] El Instituto de Biomecánica (IBV) ha realizado un estudio que cuantifica la precisión y validez de la tecnología de escaneado del pie en 3D con Smartphone, desarrollada por el IBV, en comparación con metodologías tradicionales, como mediciones manuales, y otras soluciones comerciales actuales referentes en el mercado. Los resultados confirman que la tecnología del IBV es tan precisa como la solución de referencia, y mucho más fiable que las mediciones manuales realizadas por un experto, ofreciendo grandes oportunidades de aplicación en sectores económicos donde la posibilidad de escanear en cualquier lugar y a bajo coste son importantes para su implantación y escalabilidad.Mañas Ballester, B.; Gil Mora, S.; Ballester Fernandez, A.; Alemany Mut, MS.; Parrilla Bernabé, E.; Pierola, A.; Izquierdo-Riera, MD.... (2018). ¿Es posible escanear con precisión el pie en 3D usando un samrtphone?. Revista de Biomecánica (Online). (65). http://hdl.handle.net/10251/121781S6