Expediente:
Título del proyecto:
Subvención concedida: Anualidades ejecución del proyecto:
3DBody_dynamics. Nuevo método de modelado digital humano 3D. Deformación de tejidos blandos debidos al cambio de postura y movimiento .
2019
Beneficiario: Instituto de Biomecánica (IBV)
Programa:IMDEEA/2019/69
Proyectos de I+D en cooperación con empresas
246.500,00 €
Innovación al cuidado de la persona ©
OBJETIVOS: GENERAL Y ESPECÍFICOS ELEMENTOS INNOVADORES
• El objetivo general del proyecto ha sido desarrollar una nueva metodología de captura, procesado y animación de avatares 3D corporales hiperrealistas. Esta metodología permite modelar la deformación de los tejidos blandos del cuerpo cuando se produce un cambio de postura o durante el movimiento. La simulación se lleva a cabo equipando con un esqueleto 3D la malla corporal inicial y entrenando los algoritmos y matrices que modelan el cambio del tejido blando, primero con bases de datos corporales en posturas forzadas, y después con mallas en movimiento. Este proyecto, se inició en 2018 y ha tenido una duración de dos años. Los objetivos específicos planteados en esta segunda anualidad son:– Generación de nuevas bases de datos de posturas y movimientos 3D.
Se han ampliado las bases de datos existentes mediante nuevas medidas realizadas en el nuevo laboratorio de escaneado 4D.
– Desarrollo de un método avanzado de animación de mallas corporales. Basado en técnicas de aprendizaje a partir de datos de entrenamiento para obtener una simulación realista.
– Desarrollo y verificación de un método de correspondencia punto a punto inter-frame. Permitirá realizar seguimiento de las nubes de puntos y estudios biomecánicos.
– Evaluaciones de aplicaciones del laboratorio de antropometría 4D y del método de animación de mallas corporales.
– Interface de captura y procesado de datos 4D. Integra todos los algoritmos y desarrollos realizados en el proyecto.
Las principales novedades del proyecto son:• Desarrollo de un nuevo método de rigging no lineal,
Equipado con el esqueleto interno definido de acuerdo a la ISB (International Society of Biomechanics). Este resultado es un avance significativo en el campo de la animación y los probadores virtuales.
• Desarrollo de un nuevo método de ajuste de mallas corporales dinámicas que incorpora un modelo de Deep Learning que simula la deformación de los tejidos blandos. Permite ajustar de forma realista y precisa la forma del cuerpo 3D en movimiento.
• Desarrollo de un método novedoso de ajuste de mallas con correspondencia anatómica punto a punto. En la actualidad no existe ningún método que ajuste de forma automática un modelo homólogo con correspondencia anatómica entre instantes de movimiento y entre sujetos.
• Laboratorio de escaneado 4D e interfaz de procesado y análisis de datos: Los desarrollos anteriores se han integrado en el software de análisis del sistema de escaneado 4D convirtiendo el sistema de captura en único y permitiendo al IBV continuar en la vanguardia de la tecnología digital 3D del cuerpo humano situándose como referente mundial.
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PRINCIPALES RESULTADOS OBTENIDOS DOCUMENTACIÓN GRÁFICA DEL PROYECTO
• Protocolos de captura 4D: Se ha establecido el protocolo de captura 4D para robustecer el procesado automático que permite obtener mallas herméticas con correspondencia inter-frame. Según el tipo de movimiento, se ha establecido el tiempo y la frecuencia más adecuados para realizar la captura. Estas configuraciones de protocolo, se han implementado en el interfaz de toma de datos del sistema de escaneado 4D.
• Base de datos de avatares en posturas y movimiento: Se ha aumentado la base de datos de escaneados en posturas y movimientos en más de 250.000 datos. El objetivo ha sido incorporar movimientos y posturas extremos que no estaban representadas en las bases de datos anteriores para poder reproducir con fiabilidad la mayor parte de movimientos identificados en las aplicaciones objetivo (deporte, realidad virtual, valoración biomecánica e indumentaria técnica).
• Modelo de tejidos blandos: Se ha desarrollado un modelo más avanzado que permite el ajuste y manipulación de mallas corporales para reproducir la deformación de los tejidos blandos con realismo y precisión en la animación de avatares corporales. Este modelo se ha entrenado con las bases de datos de postura y movimientos utilizando una red de Inteligencia Artificial (IA) para nubes de puntos 3D. El modelo basado en IA se ha integrado en una secuencia de algoritmos más compleja que lo combina con un modelo estadístico de formas, un modelo de postura que se gobierna a través de un esqueleto interno y un método de optimización que genera la malla corporal final mediante iteraciones.
• Interfaz de captura, procesado y análisis 4D: Los nuevos avances del proyecto relacionados con el protocolo de captura el modelo de tejidos blandos y el procesado y exportación de mallas, se han implementado en una interfaz que integra el proceso completo de captura, visualización, procesado y exportación de las secuencias de mallas.
• Aplicaciones de la tecnología de captura: Se ha analizado la contribución de los resultados del proyecto en varias aplicaciones de distintos sectores que se han validado con las empresas participantes en el proyecto:– Se analizado el sistema de captura 4D como herramienta para evaluar el ajuste y funcionalidad de prendas
deportivas. – En rendimiento deportivo, se ha explorado su utilización en la valoración de la ejecución del gesto deportivo.– En valoración biomecánica de funciones humanas, se analizado la viabilidad de utilizar el modelo inter-frame
como alternativa al estudio biomecánico con marcadores para analizar patrones de movimiento. – En animación de avatares 3D se ha validado la precisión y realismo para aplicaciones multimedia.
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CONTRIBUCIÓN A LA RESOLUCIÓN DE UN PROBLEMA O DEBILIDAD REGIONAL IMPACTO EMPRESARIAL
• La investigación en nuevas tecnologías de escaneado 3D y 4D del cuerpo humano, además de suponer un avance tecnológico mundial, supone una gran oportunidad para diferentes sectores esenciales para la Comunitat, tales como la indumentaria, actividad física y deporte, salud, y otros sectores emergentes tal y como el sector de animación, videojuegos y TIC.
• La incorporación de estas tecnologías permitirá a las empresas de la Comunitat Valenciana comenzar el proceso de digitalización necesario para competir en el mercado global: les permitirá mejorar la competitividad a las empresas, ampliando sus mercados e ingresos, además de promover la generación de nuevos puestos de trabajo más especializados de gran importancia en los sectores tradicionales.
• En la tabla siguiente, se detallan los sectores potencialmente beneficiarios dentro de la ComunitatValenciana:
Subsector / colectivo potencialmentebeneficiario*
Producto / actividad deaplicación de los resultados delproyecto
Nº de empresas de la Comunitat Valenciana del
subsector / colectivo
% pymes
CNAE 14. Confección de prendas devestir (*)
Productos más adaptados a lasnecesidades reales deconsumidores.Mejora del proceso productivoconectándolo con la fase dediseño y patronaje en 3D.
907 85%
CNAE 9311: Gestión de instalacionesdeportivas (**)
Seguimiento de la actividad físicay del rendimiento. Instalacionesmás adaptadas a las necesidadesde los usuarios.
275 88%CNAE 9312: Actividades de los clubsdeportivos(**)
Seguimiento de la actividad físicay del rendimiento. 117 90%
CNAE 9313: Actividades de losgimnasios(**)
Seguimiento de la actividad físicay del rendimiento. 119 95%
CNAE 9319: Otras actividadesdeportivas(**)
Seguimiento de la actividad físicay del rendimiento. 332 86%
CNAE 5915: Actividades deproducción cinematográfica y devídeo(**)
Generación de avatares 3D paraanimación de manera mássencilla y realista 131 79%
CNAE5916: Actividades de producciónde programas de televisión(**)
Generación de avatares 3D paraanimación de manera mássencilla y realista 17 94%
CNAE 5821: Edición devideojuegos(**)
Generación de avatares 3D paraanimación de manera mássencilla y realista
7 100%
Sector asistencia sanitaria: hospitales(***)
Estudios de patologías, patronesde movimiento de normalidad ycinemática de articulaciones
61 3%(****)
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MEDIDAS DE INFORMACIÓN, PUBLICIDAD Y DIFUSIÓN REALIZADAS IMÁGENES DE EJEMPLO DE LAS MEDIDAS DE DIFUSIÓN ADOPTADAS
• Cartel anunciador y video de presentación • Noticias con información de aprobación, avance y resultados del proyecto • Ficha Web con información• Difusión de información del proyecto y resultados en Redes Sociales• Difusión de información del proyecto y resultados en boletín “Noticias de biomecánica”• Difusión a través de la Web de área de aplicación de conocimiento• Artículo en publicación “Innovación biomecánica en Europa”• Etc.
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CRITERIOS HORIZONTALES DE IGUALDAD DE OPORTUNIDADES Y SOSTENIBILIDAD AMBIENTAL
SINERGIAS CON OTRAS POLÍTICAS O INSTRUMENTOS DE INTERVENCIÓN PÚBLICA• Igualdad de oportunidades:
El IBV asume un compromiso social por hacer efectivo el derecho de igualdad de trato y oportunidades entre hombres y mujeres encualquiera de los ámbitos de la vida, el IBV apuesta por ello en el ámbito laboral mediante el ejercicio general de buenas prácticas, yparticularmente en cada una de las siguientes áreas: Selección y promoción interna; Formación y desarrollo; Conciliación; Salud laboral yprevención de riesgos; Retribución.
• Sostenibilidad ambiental:Los productos y servicios innovadores orientados por las personas son intensivos en conocimiento y optimizan la relación valor/coste. Porello contribuyen a la sostenibilidad ambiental, ya que satisfacen eficientemente las necesidades de las personas, como ocurre, porejemplo, en los productos personalizados.
• Sinergias con otras políticas:Este proyecto de I+D está alineado con la estrategia de especialización inteligente RIS3-CV ya que contribuye a lograr los objetivosplanteados por la misma a través del eje de desarrollo de PRODUCTO INNOVADOR, concretamente a través de las medidas de actuaciónnº 21: Apoyo a la generación y adaptación de conocimiento y tecnología para su aplicación en nuevos productos y entornospersonalizados por parte de centros tecnológicos.
INSTITUTO DE BIOMECÁNICA (IBV)Universitat Politècnica de València · Edificio 9CCamino de Vera s/n · E-46022 · Valencia (ESPAÑA)
+34 961 111 170 [email protected] · www.ibv.org
Financiado por:
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