Modelagem humana tridimensional computacional

Com o avanço das tecnologias relacionadas à computação, permitindo o acesso das empresas e de um número crescente de usuários à software e hardware de alto desempenho, diversos modelos humanos computacionais foram desenvolvidos nas últimas

décadas e tiveram seu uso difundido. Tais modelos podem ser facilmente inseridos em projetos de dispositivos, ambientes e postos de trabalho, permitindo aos projetistas simular uma grande variedade de tarefas e avaliar os impactos sobre a capacidade humana em uma série de quesitos (CHAFFIN, ANDERSON e MARTIN, 2001).

Os primeiros modelos humanos digitais (ou MHDs, como são conhecidos) datam da década de 1960. Seu uso tradicional era em projetos extremamente especializados (indústrias aeroespacial e automobilística) e limitado por sistemas CAD específicos. Devido à alta complexidade dos modelos esses sistemas CAD rodavam em mainframes com alto poder de processamento para a época. Tais restrições dificultavam o acesso a esse tipo de tecnologia (ERIKSSON, 2008).

No entanto, com o decréscimo dos custos de programas computacionais com modelos humanos, as aplicações têm sido estendidas para outras áreas. Moore e Wells (1992,

apud MATTILA, 1996) categorizaram diferentes aplicações para modelagem humana

computacional, entre elas:

a) avaliação de ocupação, alcances máximos, campo de visão;

b) avaliação da força demandada para predição de força e carregamento requeridos nas costas; e

c) gravação de posturas.

Existem, no mercado, diversos programas computacionais que tratam a Modelagem Humana Digital, com maior ou menor grau de realismo dos manequins, presença de ferramentas de análises e possibilidade de gerar animações. A maioria desses programas computacionais possui compilações para equipamentos de baixo custo e de alta abrangência de usuários (desktops com sistemas operacionais Microsoft Windows). O aumento considerável no poder de processamento desses equipamentos fez com que os programas computacionais que tratam a modelagem humana digital incorporassem uma série de detalhes fundamentais que tornam o resultado cada vez mais próximo de uma situação real. A integração com outras ferramentas tais como CAD e CAM (Computer Aided Manufacturing ou, Manufatura Auxiliada por Computador), planilhas de cálculos, banco de dados e linguagens de programação são outras características fundamentais incorporadas aos atuais programas computacionais, possibilitando customizações no produto (ZANONI, 2008).

Existe uma diferença entre modelos digitais usados para ilustração de humanos em ambientes digitais e modelos digitais humanos que têm como objetivo análises ergonômicas da interação desses com o ambiente (ZIOLEK e KRUITHOF, 2000). A principal

diferença é que para ilustrações busca-se uma representação “idealista” da forma humana. Para propósitos de simulação humana visando análises ergonômicas, o objetivo é a representação “realista”. Ambos podem ser utilizados em ambientes virtuais, porém, uma representação “idealista”, a princípio, não deve ser utilizada para análises ou validações que demandem algum nível de precisão dos segmentos humanos. Os manequins “realistas” são compostos por um conjunto de segmentos rígidos, interligados por uma estrutura hierárquica. Um exemplo dessa estrutura é apresentado pela Figura 2-14.

Figura 2-14: Exemplo de estrutura hierárquica em modelo humano digital realístico.

Segundo Farrel (2005, p. 3), para representar os movimentos humanos em uma simulação digital é necessário desenvolver um modelo de esqueleto articulado que represente com fidelidade um esqueleto real e, assim, demonstrar exatamente a cinemática dos movimentos do organismo humano. Em termos de predição de postura, uma série de segmentos (links) e juntas (joints) com rotação e translação podem ser usados para aperfeiçoar o realismo dos movimentos, conforme é ilustrado na Figura 2-15.

Figura 2-15: Representação de esqueleto através de juntas e segmentos. Adaptado de FARREL (2005).

Hanson (2000) afirma, em uma publicação do ano 2000, que nenhum dos manequins disponíveis até aquele momento era uma réplica perfeita do ser humano, tanto no quesito aparência externa, quanto no quesito “simulação dos movimentos” (biomecânica). Afirma ainda que, quanto maior o realismo, isto é, quanto mais parecido o modelo for na aparência e na biomecânica, maior será a confiabilidade dos resultados das avaliações realizadas.

Neste sentido, Lämkull, Hanson e Örtengren (2007) pesquisaram a influência da aparência dos MHDs nas avaliações ergonômicas visuais de postura, conforme ilustra a Figura 2-16, a partir de três hipóteses. A pesquisa confirma a primeira hipótese, que aponta a influência da aparência exterior dos manequins, e a segunda, que coloca a experiência do ergonomista como diferencial na capacidade de realizar avaliações visuais de posturas com precisão. A terceira hipótese, que se referia à influência do sexo dos manequins nas avaliações dos observadores, foi refutada pelos efeitos insignificantes observados. Na pesquisa foram utilizadas três versões diferentes de um modelo humano biomecânico (abordagem realista) e um modelo humano ilustrativo (abordagem idealista). O modelo da Figura 2-16a representa a visualização no modo aramado do RAMSIS. Na Figura 2-16b o manequim está no modo simplificado. A versão de apresentação do MHD do RAMSIS pode ser observada na Figura 2-

16c. E, finalmente, na Figura 2-16d o modelo criado através do software de renderização POSER (Smith Micro Software).

Figura 2-16: Avaliação da influência da aparência dos MHDs nas análises ergonômicas (LÄMKULL, HANSON e ÖRTENGREN, 2007).

Diversos autores, nas duas últimas décadas, têm estudado e comparado os modelos humanos digitais e software de simulação humana (FEYEN et al., 2000; HANSON, 2000; LARING, FALK e ÖRTENGREN, 1996; MATTILA, 1996). Assim, além das funcionalidades e usabilidade que cada software apresenta, um dos principais diferenciais abordados pelos estudiosos são os manequins digitais, pelo nível de realismo biomecânico, possibilidades de representação de diferentes populações (dados antropométricos) e o preenchimento de tais dados de forma personalizada e individual.

De forma limitada e simplista, as razões de utilizar modelos humanos computacionais – ou manequins digitais – são apresentadas por Eriksson (2008):

a) possibilitar a imersão em ambientes virtuais;

b) possibilitar que os ambientes virtuais representem os ambientes reais com um nível de realismo aceitável;

c) para avaliar situações futuras de conforto, acessibilidade, satisfação do usuário etc.; d) prever possíveis acidentes;

e) melhorar a produtividade e eficiência; f) reduzir custos com protótipos e mock-ups;

g) visualizar e avaliar diferentes soluções em fases anteriores aos protótipos.

Ainda conforme a bibliografia levantada, as dificuldades encontradas na utilização dessa técnica são: custo elevado de aquisição de software e hardware, necessidade de modelagem computacional do ambiente e existência e personalização com dados antropométricos da população sob estudo. Tais dificuldades estão restritas ao campo técnico da utilização da ferramenta, sem considerar o contexto das aplicações e outras características dos processos de projeto de situações produtivas. No Capítulo 5 são discutidas as vantagens e desvantagens da modelagem humana em maior profundidade, trazendo como contribuição o diferencial de que as aplicações são analisadas dentro do contexto da análise ergonômica que gera a demanda pelo projeto, através da explicitação do desenvolvimento dos processos de intervenção e dos encaminhamentos ocorridos.

Na próxima seção são apresentados alguns programas computacionais de simulação humana, voltados para análises e validações ergonômicas, destacando-se as principais características das modelagens dos MHDs.