Jogos com Dispositivo Sensorizado para Reabilitação Fina da
Mão
Paulo Jorge Terroso Castro
Dissertação de Mestrado
Orientadores: Maria Teresa Restivo Paulo Augusto Ferreira de Abreu
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Especialização em Automação
Resumo
O sistema sensorial SHaRe visa contribuir para a reabilitação motora da mão, nomeadamente a nível dos movimentos finos.
Este sistema é constituído por um dispositivo sensorizado capaz de interatuar com aplicações de software dedicadas e desenvolvidas numa filosofia de jogos.
A presente dissertação foi realizada com o objetivo de desenvolver jogos que ofereçam uma interação apelativa e motivadora que intensifique a pro-atividade do indivíduo para o tratamento fisioterapêutico e mesmo o seu prolongamento para além do realizado em ambiente clinico.
Para conhecer e avaliar os movimentos mais utilizados que visam concorrer para a recuperação da funcionalidade da mão os trabalhos iniciaram-se com um estudo destes aspetos em ambiente clínico.
Com base na utilização do Dispositivo SHaRe, foram desenvolvidos cinco jogos que tentam contribuir para o treino dos pacientes bem como para tornar esse treino mais interativo e divertido de modo a aumentar o tempo de pro-atividade do utilizador e, desse modo, encurtar o tempo de reabilitação. Após a conceção desses jogos foi efetuada a avaliação da aceitação do sistema (dispositivo e jogos desenvolvidos). Para o efeito criou-se um pequeno questionário e foi auscultada a opinião de pacientes e profissionais em ambiente de terapia. Estes resultados permitiram concluir que o sistema SHaRe (dispositivo e jogos) foi bem aceite por doentes de várias idades e também pelos terapeutas responsáveis.
Serious Games for Hand Rehabilitation Device
Abstract
The sensorial system SHaRe aims to contribute to the hand motor rehabilitation, particularly in terms of fine movements.
This system is composed of a sensorized device capable of interacting with dedicated software applications developed with a game philosophy.
The present dissertation was conducted with the goal to develop games which offer an appellative and motivating interaction that intensifies the pro-activity of the patient to the physical therapy.
In order to know and to evaluate the most used therapeutic movements which seek to contribute for the recuperation of the hand functionality the work began with a study of these aspects carried out in a clinical environment.
Based on the use of the SHaRe device, five games were developed that try to contribute for the patients’ training as well as making that training more interactive and funnier in order to increase the pro-activity time of the user and, in that way, reduce the rehabilitation time. After the design of those games an evaluation of the acceptance of the system(device and games) was made. For this purpose, a short questionnaire was created and patients and professionals in a therapy environment were inquired. The results showed that the SHaRe system (device and games) was well accepted by patients of diverse ages and also by the responsible therapists.
Agradecimentos
Começo por agradecer aos meus orientadores de dissertação, Prof.ª Maria Teresa Restivo e Prof. Paulo Augusto Ferreira de Abreu, por todo o auxílio, disponibilidade e interesse demonstrado ao longo da realização da dissertação. Todo o conhecimento transmitido foi fundamental para a execução da mesma.
À Profª. Helena Sousa agradeço a troca de ideias e noções relevantes para a realização do trabalho.
Quero agradecer à Clínica de Fisiatria e Reabilitação da Santa Casa da Misericórdia de Vila do Conde por toda a contribuição prestada, em especial à Dr.ª Ilidia, terapeuta Luísa e terapeuta Eliana por toda a ajuda e disponibilidade.
Gostaria também de agradecer à Clinica do Instituto CUF a abertura e integração de uma versão preliminar do sistema na prática diária de exercícios, para avaliação continuada do mesmo.
Gostaria de agradecer o apoio, a disponibilidade e a boa disposição mostrada pelos investigadores do Laboratório de Instrumentação para a Medição durante esta fase, em especial ao Rafael Tavares, Fernando Carneiro, Bruno Santos e José Rodrigues.
Aos meus colegas de laboratório que me ajudaram e incentivaram durante esta fase, Luís Alves, Luís Machado e Nuno Coelho um grande abraço e desejos de um futuro brilhante. Um agradecimento muito especial aos meus amigos que sempre me apoiaram em toda esta etapa em especial à Ana Isabel Marques por me ter ajudado a corrigir algumas lacunas na escrita desta dissertação.
Por último, gostaria de agradecer aos meus pais e família por todo o constante apoio soberano. Sem vocês isto não era possível.
Índice de Conteúdos
Introdução 1
1.1. Reabilitação motora da mão ... 1
1.2. Motivação ... 4 1.3. Objetivos ... 5 1.4. Estrutura da dissertação ... 5 Estado de Arte... 7 2.1. Soluções adaptadas ... 7 2.2. Soluções Comerciais ... 13 2.3. Soluções em desenvolvimento ... 16 2.4. Síntese ... 22 Estrutura de jogos ... 25 3.1. Elementos de um jogo ... 26 3.2. Conclusão ... 30
Desenvolvimento de jogos para dispositivo SHaRe ... 31
4.1. Metodologia ... 31
4.2. Tecnologias ... 32
4.3. Interfaces... 33
4.4. Jogos... 35
Testes de jogos em ambiente clinico ... 49
5.1. Utentes ... 50
5.2. Opinião dos profissionais ... 58
Conclusões... 59
ANEXO A:Questionário realizado na Santa Casa da Misericórdia ... 65
ANEXO B:Questionário realizado na clinica de Fisiatria do Instituto CUF ... 67
ANEXO C: Resultados da Santa Casa da Misericórdia ... 69
Siglas
1D Uma dimensão/ unidimensional
2D Duas dimensões/bidimensional
3D Três dimensões/tridimensional
ADI Ambiente de Desenvolvimento Integrado
AVC Acidente Vascular Cerebral
BTE Baltimore Therapeutic Equipment-Work Simulator
GAT Grip Ability Test
GFT Grip Function Test
JFT Jebson Function Test
LIM Laboratório de Instrumentação para Medição
PPT Purdue Pegborard Test
SHaRe System for Hand Rehabilitation
SODA Sequential Occupational Dexterity Assessment
STC Síndrome do Túnel Cárpico
TOC Teste de destreza de O’Connor
USB Universal Server Bus
Índice de Figuras
Figura 1 - Menu Principal do jogo Wii Sports ... 8
Figura 2 - Controlador da Nintendo Wii ... 8
Figura 3 - Wii Sports no jogo de ténis em Muti Jogador ... 9
Figura 4 - Zumba Fitness para Sony Playstation ... 9
Figura 5 - Playstation Move e Eye Camera ... 10
Figura 6 - Jogo Kinect Sports - Boxe ... 10
Figura 7 - Estrutura e posicionamento dos instrumentos na Microsoft Kinect ... 11
Figura 8 - Leap Motion Controller ... 11
Figura 9 - Magic Chords ... 12
Figura 10 - Star Trap (Lado esquerdo) e Ballon Pop (Lado direito) ... 12
Figura 11 - Candy Toss ... 13
Figura 12 - Birdy (Lado esquerdo) e Frog Jump (Lado direito) ... 13
Figura 13 - Utilização do dispositivo Amadeo ... 14
Figura 14 - Utilização do dispositivo Diego ... 15
Figura 15 - Pablo - Dispositivo e acessórios ... 15
Figura 16 - Utilização do dispositivo Tymo ... 16
Figura 17 - Estrutura genérica do sistema SHaRe ... 17
Figura 18 - Interface do jogo Milk the Cow ... 17
Figura 19 – Interface do jogo Dance Rain ... 18
Figura 20 - Alice ... 18
Figura 21 - Realidade Aumentada: Brick'a'Break ... 19
Figura 22 - Realidade Aumentada: Shelf Stack... 20
Figura 23 - Rehab Virtual Games - Range ... 20
Figura 24 - Rehab Virtual Games - Speed ... 21
Figura 25 - Rehab Virtual Games - Fractionation ... 21
Figura 26 - Rehab Virtual Games - Strength ... 22
Figura 27 - Elementos básicos de um jogo, adaptado de Schell... 25
Figura 28 - String of Pearls... 26
Figura 29 - "Jogo do Galo" - Espaço Discreto ... 29
Figura 30 - Fases de desenvolvimento do projeto ... 31
Figura 32 - Menu Entrada com mensagem de erro ... 33
Figura 33 - Menu de Registo... 34
Figura 34 - Menu seleção de jogos ... 34
Figura 35 - Ap1 - SeqForça - Força de Preensão ... 36
Figura 36 - Exemplo de ficheiro de registos ... 36
Figura 37 - Diagrama de sequência da Ap. 1 ... 37
Figura 38 - Diagrama de sequência (macro etapa M0) da Ap. 1 (orientação) ... 37
Figura 39 - Diagrama de sequência (macro etapa M1) da Ap. 1 (força de preensão) ... 38
Figura 40 - Perguntas: Modo de Jogo ... 39
Figura 41 - Jogo Perguntas finalizado ... 39
Figura 42 - Menu de Seleção de Tema ... 40
Figura 43 - Diagrama de sequência da Ap. 2 ... 40
Figura 44- Força Voadora utilização ... 41
Figura 45 - Menu de seleção do jogo Força Voadora ... 42
Figura 46 - Diagrama de sequência da Ap. 3 ... 43
Figura 47 - Labirinto ... 44
Figura 48 - Menu de Seleção do Labirinto ... 45
Figura 49 - Diagrama de sequência da Ap. 4 ... 46
Figura 50 - Viagem Espacial utilização ... 47
Figura 51 - Menu de seleção Força Espacial ... 47
Índice de Tabelas
Tabela 1 - Resumo de características ... 23
Tabela 2 - Resumo Características - Soluções em Desenvolvimento ... 23
Tabela 3 - Grupo 1 - Satisfação na utilização ... 51
Tabela 4 - Grupo 1 - Opinião sobre os jogos ... 52
Tabela 5 - Grupo 1 - Contribuição dos jogos ... 52
Tabela 6 - Grupo 2 – Satisfação na utilização e Opinião sobre os jogos ... 53
Tabela 7 - Grupo 3 - Satisfação na utilização ... 55
Tabela 8 – Grupo 3 – Opinião dos jogos ... 56
Capítulo 1
Introdução
Neste capítulo é descrito e contextualizado o tema desta dissertação e referido o seu enquadramento. São apresentados alguns equipamentos e métodos tradicionalmente utilizados na terapia e na reabilitação da mão. Igualmente se procura aclarar a motivação na escolha do trabalho da dissertação e os seus objetivos. Por fim é feita uma breve explicação sobre a estrutura da presente dissertação.
1.1. Reabilitação motora da mão
Em cada dia que passa cresce o número de indivíduos que necessita de recuperar a capacidade de realizar tarefas quotidianas após situações traumáticas, acidentes ou outras etiologias e é neste contexto que se insere esta dissertação, que procurará dar um humilde contributo para a reabilitação fina dos membros superiores.
As atividades comuns da vida de cada um como a higiene, o vestir e a alimentação dependem da destreza manual que vai desde os movimentos mais grosseiros dos membros, nomeadamente dos superiores, até aos movimentos finos e complexos.
Os problemas motores a nível das mãos podem condicionar profundamente o dia-a-dia de um indivíduo, desde as tarefas mais elementares às mais complexas. As pessoas afetadas tornam-se dependentes surgindo a necessidade de utilizar a fisioterapia para se obter uma recuperação total ou parcial. Diversas doenças podem estar na base destes problemas, sendo as mais comuns os Acidentes Vascular Cerebral (AVC), Síndrome do Túnel Cárpico (STC) e a Contratura de Dupuytren.
O AVC decorre da obstrução de uma artéria que irriga o cérebro ou pode ser causado por um derrame por rotura de um vaso sanguíneo [1]. O STC é originado pela compressão do nervo mediano no túnel do carpo, situado no pulso, resultando numa inflamação crônica flexora não específica da bainha do tendão e da membrana sinovial [2, 3]. A Contratura de Dupuytren é uma doença fibroproliferativa da fáscia palmar que, na sua forma mais evolutiva ocasiona défice de extensão digital [4]. Muitas outras doenças podem ainda afetar quer os movimentos grosseiros como os finos dos extremos dos membros superiores.
A preensão, a rotação do pulso e a sensibilidade são importantes funções da mão, especialmente na sua movimentação fina. Quando estas funcionalidades são afetadas, o que pode ter origem no sistema nervoso central ou periférico ou causado por outro tipo de acidentes em que a musculatura do braço ou os movimentos do pulso e extremidades ficam afetados, é necessário realizar um conjunto de exercícios para tentar que a área afetada reaprenda as diferentes capacidades perdidas.
realização de exercícios repetitivos, que tornam a terapia uma fase por si difícil, lenta e muito aborrecida, podem ser substituídos por outros mais dinâmicos e interativos e, especialmente, motivadores.
A realização destes exercícios ou treinos é geralmente feita em locais especializados em fisioterapia e são acompanhados por profissionais especialistas.
A dependência direta que se estabelece entre paciente e profissional, que acompanha o treino iniciando o paciente, observando e criando a evolução adequada, deixa o mesmo dependente de horários, localização e, naturalmente, representará consideráveis custos quer ao paciente quer o sistema de saúde que o suporte, para além de naturalmente se traduzirem em processos de longa duração. Também aqui a disponibilização de sistemas simples, de custo acessível, que permitam aos pacientes a realização de exercícios em suas casas, especialmente se disponibilizarem a monitorização terapêutica à distância, podem vir a constituir simples mas importantes ajudas neste nicho da terapia.
Assim sendo, esta dissertação focar-se-á no desenvolvimento de um conjunto de exercícios/jogos para a motricidade fina direcionados para exercitar movimentos de controlo finos e destreza da mão, através da interação com o dispositivo sensorizado e designado por
SHaRe. Este foi desenvolvido no Laboratório de Instrumentação para Medição (LIM) do
Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto [5]. A disponibilização de aplicações de reabilitação na forma de jogos, com possibilidade monitorização à distância para avaliação ou observação posterior do registo, bem como o registo de progresso, com diferentes níveis de exigência de execução, pode permitir o aumento do sucesso dos processos de reabilitação associados a custos gerais bem mais reduzidos.
O trabalho procura assim constituir uma pequena contribuição para a recuperação ou estabilização de problemas físicos, devido a diferentes causas como traumas, acidentes ou mesmo doenças degenerativas.
Os tratamentos e exercícios usados pelos especialistas da fisioterapia da mão são convencionais e baseiam-se na análise clínica efetuada por especialistas, seguidos de tratamento com objetos do dia-a-dia, baseando-se e promovendo a repetição de exercícios.
Assim, é essencial fazer uma abordagem a esses métodos e instrumentos, analisando o seu funcionamento e o tipo de situações em que são mais utilizados. É de realçar que a base destes procedimentos ainda não envolvem, frequentemente, a integração de qualquer tipo de tecnologia ou disponibilizam sistemas com alguma complexidade e custo. Acredita-se assim que o recurso a sistemas simples poderá desempenhar um papel importante. Nesta secção são referidos alguns instrumentos e métodos utilizados para a avaliação funcional da mão e para o treino da motricidade fina da mesma em pessoas com deficiências.
Para a avaliação funcional da mão existem alguns métodos como: o Jebson Function
Test (JFT), Purdue Pegboard Test (PPT), Valpar Work Samples (VWS), Teste de destreza de O’Connor (TOC), O Baltimore Therapeutic Equipment-Work Simulator (BTE), Grip Function Test (GFT) e uma versão mais curta denominada Grip Ability Test (GAT), Sequential Occupational Dexterity Assessment (SODA) e também a sua versão mais curta[6].
Jebson Function Test – JFT [7], é um teste que avalia, em geral, a motricidade fina do paciente em atividades como escrever, virar cartas, manipular talheres, entre outros. O Purdue Pegboard Test [8] – PPT, é um teste de coordenação fina em que o paciente tem que colocar algumas peças nos seus respetivos locais pré-definidos. O Valpar Work Samples [6] – VWS, é um grupo de testes padronizados que simula atividades exercidas no trabalho, fornecendo uma avaliação quantitativa da habilidade do paciente. O Teste de destreza de O’Connor [9] –
TOC, é um teste que se baseia em colocar pinos num local de um tabuleiro usando uma pinça.
O Baltimore Therapeutic Equipment-Work Simulator [6] – BTE, é um equipamento constituído por distintas ferramentas que consegue simular vários tipos de trabalho. Este equipamento integra um sistema que consegue calcular a carga e potência de trabalho do paciente fornecendo uma avaliação da resistência do indivíduo ao trabalho simulado. O Grip Function Test [10] – GFT, é um teste composto por vinte tarefas em que é avaliada a capacidade do paciente realizar tarefas que necessitem de preensão e movimento mantendo sempre a preensão estável ou com baixas oscilações, como é o caso de abrir uma porta ou desenroscar uma tampa de uma garrafa. Já o Grip Ability Test [10]– GAT, é um teste com apenas três tarefas, mas que são selecionadas do GFT e, como tal, servem o mesmo propósito. O Sequential Occupational Dexterity Assessment [11] - SODA, na sua versão mais curta, é composto por seis tarefas do quotidiano - como copiar uma frase, ou despejar água para um copo. A versão base é constituída por doze tarefas.
Para a realização de exercícios que permitam aos pacientes recuperar as suas capacidades, os terapeutas usam diversos objetos de uso diário. Objetos básicos vulgarmente utilizados são botões ou outros elementos de muito pequeno porte como, por exemplo, missangas. Estes elementos podem ser utilizados para tarefas que visam empilhar ou colocar os elementos em zonas específicas. Durante a realização deste exercício os doentes exercitam a destreza dos seus movimentos com objetos pequenos em que é necessário algum rigor de posicionamento e também a capacidade de preensão de objetos de pequeno porte. Outros elementos de uso diário são os elásticos e as pinças com propósitos diferentes. Os elásticos servem para trabalhar a abertura da mão desde o tipo de “pinça” fechada até a abertura completa dos dedos. As pinças, apesar de terem uma abertura limitada, servem para trabalhar a mão desde a sua forma de “pinça” ligeiramente aberta até fechada ou até o paciente conseguir levantar e transportar um objeto. Desta forma, também a musculatura é treinada de forma oposta: com os elásticos é treinada a musculatura das costas da mão e com as pinças a musculatura da palma da mão.
Outros dispositivos/objetos muito utilizados são as redes elásticas, bolas de silicone, plasticina e bolas flexíveis com saliências. As redes elásticas [12] são dispositivos que reabilitam e fortalecem os dedos, pulso e antebraço utilizando os exercícios de extensão e flexão. As bolas de reabilitação de silicone [13] são recomendadas para aumentar a força preensora da mão e do braço possibilitando a recuperação da funcionalidade dos mesmos, após AVC, sendo utilizadas maioritariamente na reabilitação pós-operatória e pós-traumática dos membros superiores. A plasticina [14] é utilizada para auxiliar a recuperação e manutenção da flexibilidade da mão e dedos sendo utilizada no pós-operatório e em lesões da mão. As bolas flexíveis com saliências [15] são usadas para massagens e fortalecimento podendo contribuir para a recuperação da sensibilidade no pós-operatório. Os anéis, à
Estes dispositivos/objetos estão graduados em cores consoante o nível de força que a respetiva deformação exige. A graduação de cores para a flexibilidade pode ir da mais flexível para a menos flexível pela seguinte ordem: Branco> Amarelo> Vermelho> Verde> Azul> Preto, sendo a cor preta associada a uma elevada rigidez, pouco usada em terapia corrente, uma vez que corresponde a um nível de controlo em que o paciente é considerado totalmente apto e sem sequelas.
Para além de alguns dipositivos/objetos usados na terapia também existem alguns métodos que possibilitam a recuperação do paciente. Um método usado para o qual é necessário um bom nível de destreza na realização de movimentos finos é o treino de escrita ou de desenho de algumas formas geométricas ou trajetórias.
Estas atividades, e as que obrigam a uma destreza de movimento e de posicionamento, são atividades que ajudam a desenvolver a capacidade de coordenação visual com o movimento, isto é, o comando do nosso cérebro sobre a musculatura.
Nestes métodos, baseados em dispositivos/objetos tradicionais, são utilizadas funcionalidades que são a base de toda a motricidade da mão: a sensibilidade e a preensão. Estas funcionalidades estão presentes em todos os métodos e dispositivos da vida diária, embora mais visíveis nuns do que noutros, existindo uma notável alteração na realização dos exercícios quando uma destas funções está afetada.
1.2. Motivação
Durante o anterior semestre e no contexto da unidade curricular Aplicações de Sistemas Mecatrónicos, foram revisitadas conceções de diferentes dispositivos mecatrónicos. Sendo esperado que os estudantes dessem algum contributo adicional relacionado com algum dos sistemas existentes, o autor optou por realizar uma aplicação que permitisse a interação com um dispositivo sensorial que visava contribuir para a reabilitação da motricidade fina da mão com objetos quotidianos - a preensão de um dispositivo sensorizado com a forma de um copo. De notar que a forma assumida pelo dispositivo sensorial pode ser diversificada.
Como a experiência obtida foi engrandecedora, por englobar a integração de dispositivos sensoriais com capacidade de comunicar com aplicações informáticas tornando os sistemas interativos e envolvendo assim programação, o autor sentiu-se motivado para um maior envolvimento.
Com base no sistema SHaRe, que oferece uma sensorização ainda mais rica do que a primeira versão com a qual foi realizado um primeiro trabalho [5], possuindo capacidades de interação que podem torná-lo mais adaptado à motricidade fina da mão, o autor pretende dar seguimento ao trabalho inicial que consistia num jogo que permitia medir a força realizada pelo paciente durante um curto período de tempo (intervalos variados de 5/7/10 segundos).
A necessidade de interação com os especialistas na área, abrindo a perspetiva do engenheiro no contacto real com o que o rodeia, foi igualmente motivadora, não deixando que a vivência académica fique confinada ao seu mundo muito específico e indo ao encontro da sociedade, contribuindo assim para uma das dimensões da missão da Universidade.
1.3. Objetivos
O objetivo principal desta dissertação é a criação de jogos interativos na perspetiva de
Serious Game, para um dispositivo sensorizado, SHaRe, para utilização na reabilitação da
motricidade fina da mão/braço. Simultaneamente, pretende-se que os jogos desenvolvidos forneçam dados ao terapeuta para avaliação do desempenho e progresso da terapia realizada, para além do paciente puder verificar o seu próprio desempenho.
Pretende-se ainda que os jogos desenvolvidos sejam testados e avaliados em ambiente clinico quer por pacientes quer por terapeutas.
1.4. Estrutura da dissertação
Após uma introdução, o presente trabalho encontra-se dividido em mais cinco capítulos: Estado de Arte (capítulo 2), Estrutura de Jogos (capítulo 3), Desenvolvimento de Jogos para Dispositivo SHaRe (capítulo 4), Testes: Avaliação e Pré-validação (capítulo 5) e Conclusão e Trabalhos Futuros (capítulo 6).
O segundo capítulo procura descrever alguns dispositivos e jogos ou aplicações relacionados com a reabilitação da mão resultante da pesquisa realizada na área. O terceiro capítulo refere-se à estrutura normal de um jogo procurando sintetizar metodologias e características nesta área. No capítulo de Desenvolvimento de Jogos para Dispositivo SHaRe é exposta de forma sucinta a metodologia utilizada na criação dos jogos e também descritas algumas ferramentas usadas para o seu desenvolvimento e a interface e jogos desenvolvidos. A análise dos resultados dos testes efetuados encontra-se descrita no capítulo de Testes: Avaliação e Pré-validação reservando o último capítulo para as Conclusões e Propostas de Trabalhos futuros.
Capítulo 2
Estado de Arte
O uso das mãos está presente em quase todas as atividades realizadas pelo Homem desde as relacionadas com o quotidiano até às ocupacionais ou recreativas. Devido à sua constante utilização, o uso das mãos é necessariamente um meio de integração social.
Quando existe a necessidade de recorrer a uma terapia da mão para recuperar ou melhorar as capacidades perdidas, as pessoas têm tendência a desanimar dada a natureza repetitiva dos exercícios e do processo moroso associado. Para combater este desinteresse têm vindo a ser utilizadas soluções tecnológicas baseadas em jogos que possam trazer à reabilitação um método mais atrativo e desafiante, motivador e, portanto, mesmo capaz de acelerar naturalmente o processo.
Nesta secção são apresentados dispositivos e interfaces virtuais existentes, terminando com uma análise comparativa dos diversos sistemas.
2.1. Soluções adaptadas
Existem algumas consolas que foram desenvolvidas para jogos mas que, devido às suas múltiplas funções, permitem ser usadas na reabilitação. Alguns terapeutas referem-se a estas consolas como “divertidas”, permitindo aumentar o envolvimento e até entusiasmo dos pacientes pela terapia e evitando que desanimem ou mesmo que desistam da realização dos exercícios. Estas consolas também permitem interação social possibilitando alguma competição entre os pacientes. Alguns dos jogos são bons não só para estimular a coordenação dos movimentos, mas também para realização de exercícios físicos e aquisição e desenvolvimento de capacidades físicas e cognitivas. Estas consolas e jogos podem ser adquiridos pelos pacientes, permitindo que a reabilitação possa ser feita em casa. Contudo ainda exigem um investimento não desprezável.
Por serem soluções adaptadas não são tão eficazes para determinadas necessidades de atividades de reabilitação e, no caso dos pacientes mais velhos, a falta de familiarização com estes instrumentos pode ser um grande entrave para seu uso, mesmo em ambiente clínico.
2.1.1. Nintendo Wii
A Nintendo Wii é uma das consolas mais utilizadas na reabilitação dos membros superiores. Um estudo realizado [16] mostra que 83% dos terapeutas usam esta consola para auxiliar na reabilitação. Dos jogos disponibilizados pela Nintendo, para a Nintendo Wii, são utilizados os seguintes na reabilitação dos membros superiores: Wii Sports (74%) (Figura 1 [17]), Wii Play (14%) e Wii Fit (9%) e para desenvolvimento cognitivo os Big Brain Academy
Figura 1 - Menu Principal do jogo Wii Sports
O controlador da Nintendo Wii, Figura 2 [18], utiliza a tecnologia wireless em conjunto com uma câmara de infravermelhos e um acelerómetro para identificar a posição e orientação do controlador no espaço.
Figura 2 - Controlador da Nintendo Wii
Quando usados na reabilitação, alguns dos jogos permitem desenvolver vários movimentos de coordenação dos braços, bem como da rotação do ombro com a abertura do cotovelo e rotação do pulso. Os jogos desenvolvidos para esta consola permitem que haja interação entre pacientes nas sessões de reabilitação, possibilitando o desenvolvimento de algumas capacidades cognitivas e um incremento na motivação em virtude da interação social. Na Figura 3 [19] é apresentada uma imagem de um jogo de ténis da consola Nintendo
Figura 3 - Wii Sports no jogo de ténis em Muti Jogador
2.1.2. Sony Playstation
A Sony Playstation é das consolas mais populares no mercado dos videojogos com mais de 390 milhões de exemplares já vendidos [20-23], ultrapassando a Nintendo e a
Microsoft por mais de 101 milhões [24] e 108 milhões [25, 26] de unidades, respetivamente.
Mas, apesar destes números impressionantes, estas consolas são pouco utilizadas na área da reabilitação [16], apenas sendo referido que 4% dos terapeutas a usam, sendo utilizado um único jogo para reabilitação nesta plataforma (Figura 4 [27]).
Figura 4 - Zumba Fitness para Sony Playstation
Para o perfeito funcionamento do jogo é necessário dispor de dois equipamentos suplementares para além da consola, Playstation Move e a Playstation Eye Camera (Figura 5 [28]). Estes dispositivos funcionam em conjunto usando a esfera do Playstation Move para detetar as cores presentes no ambiente de modo a que a cor da bola não coincida com as cores detetadas, sendo assim possível que a câmara detete a bola para iniciar o jogo. Tal como o controlador da Nintendo Wii, o sistema da PlayStation permite a interação em ambiente 3D.
Figura 5 - Playstation Move e Eye Camera
Considerando o mundo da reabilitação esta consola é em tudo muito semelhante à consola Nintendo Wii, mas apresenta pouca diversidade de jogos que possam ser usados em reabilitação.
2.1.3. Microsoft Xbox com Xbox Kinect
No âmbito da reabilitação é a segunda consola mais procurada, 14%, entre os terapeutas [16]. Nesta plataforma, tal como na Nintendo Wii, são usados jogos de movimentos relacionados com o desporto, como é o caso do Kinect Sports (Figura 6 [29]) e ainda o jogo
Xbox Golf.
Figura 6 - Jogo Kinect Sports - Boxe
O acessório Kinect (Figura 7 [30]) é um equipamento desenvolvido pela Microsoft para ser utilizado em jogos. Este equipamento tem no seu interior vários sensores, um emissor de infravermelhos, um sensor de cor RGB, um sensor infravermelho de profundidade e um conjunto de microfones. Este equipamento permite detetar o movimento do corpo humano usando um modelo que utiliza 48 pontos de articulação distintas.
Figura 7 - Estrutura e posicionamento dos instrumentos na Microsoft Kinect
A aplicabilidade desta consola na área da reabilitação remete-se para a coordenação entre as articulações principais do braço deixando de lado o movimento dos dedos. Sendo uma tecnologia muito mais recente que a Nintendo Wii o seu uso ainda está em ascensão.
2.1.4. Leap Motion Controller
A empresa Leap Motion desenvolve dispositivos sensorizados para computadores utilizando o tracking da mão e dedos como entrada no dispositivo, de modo análogo ao usado num rato, mas sem necessitar de contacto da mão. A utilização do tracking permite exercitar várias articulações da mão desde o punho até aos dedos, podendo também ter que utilizar o cotovelo em determinados exercícios. Em virtude do seu preço não ser demasiado alto, é possível ser usado em casa ou num centro de reabilitação [31, 32].
O Leap Motion Controller (Figura 8 [33]) é um dispositivo periférico com ligação USB. Utiliza duas câmaras monocromáticas infravermelhas e três LED’s infravermelhos conseguindo alcançar uma área aproximadamente hemisférica com cerca de um metro. Desta forma, e com uma leitura de aproximadamente 200 frames por segundos, permite uma enorme precisão na leitura de movimentos da mão. Um estudo preliminar revelou que a posição da mão é passível de ser detetada com uma precisão média de 0.7 milímetros [34].
Figura 8 - Leap Motion Controller
Para o Leap Motion existem diversos jogos que foram desenvolvidos especificamente para a área da reabilitação [35]. De entre esses jogos é de destacar o Magic Chord, Star Trap,
O Magic Chord (Figura 9 [35]) é um jogo baseado no Guitar Hero. Este jogo treina a flexão e extensão dos dedos e necessita que os mesmos já apresentem alguma gama de movimento para poderem ser lidos pelo dispositivo (observar legenda no canto inferior direito). O movimento de flexão de cada dedo encontra-se relacionado com a corda tocada no jogo. Além do treino físico já referido, este jogo também possibilita aumentar a capacidade de perceção e coordenação permitindo ao utilizador treinar o seu tempo de reação e concentração.
Figura 9 - Magic Chords
O jogo Star Trap permite treinar a separação dos dedos, para ser possível apanhar uma estrela do jogo, Figura 10 [35]. Por seu lado, o jogo Balloon Pop permite treinar o movimento coordenado de fecho e abertura dos dedos. Mais uma vez estes jogos treinam, além da movimentação física dos dedos da mão, a coordenação requerendo a atenção do utilizador e, portanto, a sua concentração no exercício.
Figura 10 - Star Trap (Lado esquerdo) e Ballon Pop (Lado direito)
Existem ainda para o Leap Motion outros jogos que permitem exercitar a articulação do pulso. O jogo Candy Toss (Figura 11 [35]) permite treinar a rotação sobre o eixo do braço, movimento de pronação, movimento efetuado pelo antebraço no plano transverso resultando na colocação do dorso da mão para “cima” e o polegar a apontar meridialmente. A supinação, movimento oposto à pronação e definido como posição anatómica, pode também ser treinada para além do exercício da coordenação visual com o movimento que o jogo exige.
Figura 11 - Candy Toss
Os jogos Birdy, versão para reabilitação do jogo Flappy bird, e o jogo Frog Jump (Figura 12 [35]) treinam os desvios radial e ulnar e a flexão e extensão do punho num plano vertical, respetivamente.
Figura 12 - Birdy (Lado esquerdo) e Frog Jump (Lado direito)
Os jogos aqui apresentados são estruturados de modo a que seja cumprido um objetivo, num determinado tempo, que depende do jogo em questão. Quando cumprido o objetivo do jogo, é atribuída a pontuação máxima ao paciente. No entanto, se esse objetivo não for cumprido é atribuída na mesma uma pontuação, tendo em conta a prestação do paciente durante a sua realização. Deste modo funciona como motivação, incentivando o paciente a superar os seus resultados.
Um dos problemas identificados nestes jogos é o uso de grafismo pouco atrativo, com cores muito escuras em fundo e cores muito brilhantes nos objetos, o que torna cansativo se houver uma utilização mais intensiva, o que será de esperar em aplicações de reabilitação.
2.2. Soluções Comerciais
De entre as soluções de hardware/software dedicadas especificamente a atividades de reabilitação é de destacar os produtos da empresa Tyromotion.
A Tyromotion [36] é um dos principais fornecedores mundiais e distribuidores de dispositivos robóticos e assistidos por computador para reabilitação. A empresa está focada na pesquisa e desenvolvimento de tecnologia inovadora no setor da neuroreabilitação e
Os produtos desta empresa foram desenvolvidos para serem usados com o acompanhamento de especialistas da área. As suas grandes dimensões obrigam a que os centros de reabilitação possuam considerável área disponível. Apresentam variedade de equipamentos para que seja possível trabalhar diferentes movimentos e secções dos membros superiores. Os produtos da linha AMADEO são vocacionados para reabilitação dos dedos, enquanto o sistema PABLO é usado para a reabilitação da mão. O produto DIEGO é voltado para a reabilitação do braço e o TYMO, apesar de ser muito utilizado no controlo da postura bem como no treino de equilíbrio, também permite a realização de exercícios de suporte aos membros superiores. Para estes sistemas existe um software que proporciona um conjunto de módulos de medição e feedback bem como diferentes jogos para reabilitação.
2.2.1. AMADEO
Este dispositivo robótico [37] treina os movimentos de coordenação dos dedos, permitindo ajustar-se à mão de cada paciente. Em casos de mobilidade reduzida dos dedos existem exercícios específicos que ajudam a melhorar as funções motoras e sensoriais.
O sistema AMADEO estimula o movimento de aperto natural e executa movimentos sequenciais automáticos. Dependendo do nível de dano neurológico, o paciente pode ser tratado passivamente, ativamente ou usando um processo misto entre ambos. O tratamento passivo refere-se ao movimento gerado pelo equipamento auxiliando o paciente a realizar os movimentos pretendidos. No tratamento ativo o equipamento cria resistência aos movimentos efetuados pelo paciente, Figura 13 [37].
Figura 13 - Utilização do dispositivo Amadeo
A utilização deste dispositivo permite realizar terapia da espasticidade (um distúrbio de controlo muscular caracterizado por músculos tensos ou rígidos não permitindo o controlo muscular) e também treinar a sensibilidade.
2.2.2. DIEGO
O dispositivo DIEGO é, também, um dispositivo robótico [38] voltado para a reabilitação dos movimentos do braço e ombro com capacidade de ajuste à estrutura do utilizador. Permite muito espaço para movimentos sendo, por isso, particularmente adequado para a realização de tarefas com objetos reais. A existência de uma tecnologia de
membros superiores em todas as fases de reabilitação. Tal como o sistema AMADEO, também permite escolher a forma de tratamento tendo em conta as necessidades de cada utilizador. A capacidade de tratamento uni e bilateral é benéfica uma vez que permite trabalhar a coordenação de braços, Figura 14 [38].
Figura 14 - Utilização do dispositivo Diego
2.2.3. PABLO
PABLO é um sistema [39] que possibilita trabalhar a mão e o braço oferecendo uma grande diversidade de opções de terapia para problemas de motricidade de cariz neurológico ou ortopédico em diferentes faixas etárias. O dispositivo não facilita apenas o treino de todas as formas de aperto da mão, mas também consegue monitorizar a força de preensão e a amplitude de movimento.
Este sistema, Figura 15 [39], engloba um dispositivo instrumentado com capacidade de deteção de força de preensão e amplitude de movimentos do braço e dois acessórios para colocação do dispositivo instrumentado. O primeiro acessório é uma bola que permite exercitar a pronação e supinação do antebraço tal como a extensão e flexão do punho. O segundo é uma Multiboard que permite realizar variados exercícios repetitivos capazes de solicitar uma ou múltiplas articulações.
2.2.4. TYMO
TYMO é um dispositivo [40] que permite exercitar o controlo da postura corporal e do equilíbrio, bem como o uso de força ativa e atividades de suporte dos membros superiores, garantindo a capacidade de se adaptar a patologias neurológicas ou ortopédicas em pacientes de diferentes faixas etárias. Para além disso, é um dispositivo instrumentado que permite a avaliação das atividades realizadas.
Este dispositivo pode ser usado com o paciente de pé, sentado ou apoiado, permitindo documentar e controlar o progresso completo da distribuição de força e de peso, tanto corporal como simplesmente dos braços, Figura 16 [40].
Figura 16 - Utilização do dispositivo Tymo
2.3. Soluções em desenvolvimento
Nesta secção, serão abordados alguns jogos e dispositivos que contribuem para a reabilitação dos pacientes, podendo ser usados no dia-a-dia dos mesmos sem qualquer tipo de apoio do terapeuta. Estes dispositivos têm vindo a ser desenvolvidos nos últimos tempos e tem vindo a ser utilizados na realização de estudos na área da reabilitação.
2.3.1. Dispositivo SHaRe
O Dispositivo SHaRe é um dispositivo dedicado à reabilitação fina da mão [5]. Trata-se de um sistema instrumentado podendo assumir a forma de um objeto de uso comum, neste caso um copo. Os sensores utilizados permitem avaliar a força de preensão, a orientação, a frequência de vibração e ainda detetar quando este é levantado. Para este efeito é utilizada uma célula de carga customizada com gama de medição entre 0 e 50 N, uma unidade de medida inercial (UMI) que é composta por um acelerómetro e um giroscópio, cada um com 3 graus de liberdade e um sensor de luminosidade para detetar sempre que o dispositivo é levantado.
O sistema eletrónico possui dois módulos um responsável pela sensorização do dispositivo e outro pela interface com o computador. No módulo responsável pela sensorização existe um microcontrolador que é responsável por toda a aquisição de sinais dos sensores e pelo processamento dos mesmos. No módulo de interface com o computador existe
USB. Na Figura 17 é possível ver um esquema simplificado dos constituintes do dispositivo SHaRe.
Este dispositivo interatuando com diferentes jogos pode exercitar os movimentos pronação e supinação bem como a flexão e extensão do pulso. Além destes permite treinar a força de preensão e o movimento de elevação do braço. Permite ainda avaliar ouros parâmetros como a tremura.
Figura 17 - Estrutura genérica do sistema SHaRe
2.3.2. Milk the Cow
“Milk the Cow”[41] é um jogo que utiliza um dispositivo do estilo de um Joystick cabelado. Possui um sensor de pressão e uma bola colorida que permite determinar a posição da mão a partir da leitura de um sistema de tracking 3D baseado em imagens de vídeo. A história do jogo baseia-se na atividade de ordenha. Para isso, é necessário o paciente mover a mão até a um determinado ponto definido pelo jogo, requerendo assim a coordenação e precisão de movimentos. Quando o ponto de início é atingido, o paciente tem que apertar o sensor de pressão até ao valor pré-definido, fazendo com que este tome o valor 1 e, sem relaxar essa força de preensão, deslocar o controlador de forma vertical até à posição final, momento em que terá que aliviar a pressão exercida sobre sensor.
Em termos de design, Figura 18 [41], é um jogo atrativo uma vez que contém imensa conjugação de cores e algum desafio pelos movimentos que podem ser complicados para o paciente bem como por existir um tempo para cumprir um objetivo que pode ir variando ao longo das sessões.
2.3.3. Dance Rain Game
“Dance Rain Game”[42] é um jogo que necessita de apenas um computador e uma
webcam para o paciente exercitar os movimentos de braço/mão.
O objetivo do jogo passa por o paciente tocar nas gotas de chuva que aparecem aleatoriamente no ecrã do computador e está dividido em três partes. Na primeira o terapeuta ajusta a dificuldade antes do jogo começar e as gotas aparecem apenas no lado afetado do paciente e numa zona central da imagem. Após um minuto e quarenta segundos inicia-se a segunda parte, idêntica à primeira parte, mas devendo ser realizado com o membro não afetado. De novo, após mais um minuto e quarenta segundos realiza-se a terceira parte onde são trabalhados ambos os membros superiores, Figura 19 [42].
Figura 19 – Interface do jogo Dance Rain
2.3.4. Alice
É um jogo baseado na história, “Alice no País das Maravilhas” [43]. Neste jogo o paciente interage diretamente com todo o ambiente virtual e, apesar de não existirem missões bem definidas, existem alguns objetivos que são necessários cumprir como cortar as flores com tesouras, encher um copo de chá através de um bule, beber uma chávena de chá, entre outros. Para realizar esta interação é usada uma luva (PneuGlove) para localizar a mão e um chapéu com sensores magnéticos para a localização da cabeça (Figura 20 [43]).
A PneuGlove é uma luva com um sistema pneumático para realizar movimentos de extensão dos dedos de forma assistida. Esse movimento assistido baseia-se na pressurização da luva realizando assim uma força que obriga o paciente a realizar a extensão dos dedos. Além deste sistema a luva está sensorizada para fornecer a posição da mão no espaço.
2.3.5. Brick’a’Break
Trata-se de um jogo que utiliza Realidade Aumentada do tipo “marker-based” e baseia-se na sobreposição de objetos virtuais à realidade sendo o conjunto visualizado num monitor. Este tipo de jogos baseia-se na criação de objetos virtuais que são integrados em tempo real numa imagem do meio envolvente. Para isso, estes jogos servem-se de marcadores que são a referência para definir o aparecimento do objeto virtual. Mas estes jogos podem apresentar desvantagens. A principal desvantagem refere-se ao facto de a posição da câmara não ser a mais adequada, bem como a interpretação da profundidade e ainda requisitos na iluminação. Para a leitura dos marcadores, a luz na zona de jogo tem que ser suficiente, caso contrário pode apresentar problemas na leitura do marcador e, portanto, na sua interpretação e tradução em imagem.
No jogo Brick’a’Break [44] é introduzido no mundo real um tabuleiro de jogo e uma bola, sendo necessário utilizar um marcador num objeto real para que este também seja introduzido no jogo. A visualização do jogo pode ser vista na Figura 21 [44]. O jogo consiste em fazer com que a bola atinja todas as caixas coloridas da parte superior, fazendo, assim, as mesmas desaparecerem. Para isso, tem que usar o objeto real com o marcador na sua posse para não deixar a bola sair do terreno onde o jogo está a ocorrer e dar um impulso numa nova direção.
Figura 21 - Realidade Aumentada: Brick'a'Break
2.3.6. Shelf Stack
No jogo Shelf Stack [44], que também recorre a Realidade Aumentada, o utilizador distribui os marcadores por objetos diferentes. A aplicação de Realidade Aumentada usa esses marcadores para obter uma representação transformada desses objetos. Por exemplo, um pequeno cubo pode transformar-se num bule de chá. A Realidade Aumentada faz também com que apareçam algumas pequenas estantes que contêm alguns anéis, sendo que o objetivo do jogo será levar o objeto selecionado para o anel selecionado, como se pode ver na Figura 22 [44].
Figura 22 - Realidade Aumentada: Shelf Stack
2.3.7. Rehab Virtual Games Suite
Na Rutgers University [45, 46] têm vindo a ser desenvolvidos jogos que utilizam a luva comercial Cyberglove e a luva Rutgers Master II-ND (RMII) Glove para a implementação de um conjunto de exercícios de reabilitação da mão. As luvas dispõem de instrumentação apropriada para monitorização da força de preensão e da posição dos dedos. Dos jogos desenvolvidos é de destacar o jogo Range, o Speed, o Fractionation e o Strength of
Movements.
Range
Neste jogo o paciente tem como objetivo aumentar a amplitude de movimentos da mão e, para isso, foi desenvolvido um pequeno exercício virtual em que o paciente limpa uma janela de forma a revelar uma imagem, Figura 23 [47]. A forma encontrada para tornar este jogo mais atrativo foi ir alterando a imagem por trás da janela ocorrendo, então, um desafio para o paciente que deve tentar descobrir qual a imagem que estará a ser revelada em cada tentativa.
Speed
Neste jogo o objetivo do paciente é apanhar uma bola o que obriga a um fecho rápido da mão. Neste exercício existe uma mão virtual com capacidade de abrir e fechar rapidamente, fazendo com que o paciente se esforce para ser mais rápido, Figura 24 [47]. Sempre que o paciente vence, a mão computorizada pode avançar para o próximo nível, uma vez que vai ser requerida uma velocidade de fecho maior.
Figura 24 - Rehab Virtual Games - Speed
Fractionation
O exercício disponibiliza ao paciente um teclado de piano, que exibirá uma sequência de movimentos (melodia) que o paciente deverá seguir. Quando uma tecla é premida, o paciente tem que mover o dedo correspondente, Figura 25 [47]. Caso haja movimento de mais do que um dedo o objetivo não é cumprido e a tecla não é premida. Para cumprir este exercício é necessário que cada dedo se mova independente dos outros.
Figura 25 - Rehab Virtual Games - Fractionation
Strength of Movements
Para esta atividade, está contemplada uma representação virtual da RMII e, sempre que cada atuador se tornar verde, o paciente tem que o mover com o dedo correspondente, Figura 26 [47]. Ao realizar o movimento, o utilizador enfrenta uma força oposta, gerada pela RMII,
Figura 26 - Rehab Virtual Games - Strength
2.4. Síntese
Nesta secção é feita uma apresentação dos diversos sistemas utilizados em atividades de reabilitação da mão. Analisando a eficácia na reabilitação que cada família de dispositivos referidos possui, pode-se dizer que as soluções adaptadas (consolas) permite adquirir melhorias ligeiras. Por seu lado as soluções da TyroMotion como fornecem dados bem definidos aos terapeutas permitem que estes ajustem as sessões seguintes conforme as necessidades apresentadas.
As consolas necessitam de uma área de trabalho com dimensões entre 2 a 3 metros por cada consola. Contudo, a possibilidade de serem utilizadas com vários pacientes em simultâneo concorre para reduzir o número de terapeutas por paciente e incentivar ainda a reabilitação cooperativa. Por outro lado, os dispositivos da Tyromotion necessitam de grandes espaços livres para serem utilizados e necessitam que, por cada dispositivo, esteja um terapeuta responsável.
Os jogos desenvolvidos para serem usados pelas consolas são bastante atrativos e desafiantes porém, como não são desenvolvidos especificamente para reabilitação, podem concorrer para que os pacientes achem os jogos stressantes em virtude de serem jogos que necessitam de elevada destreza. Por seu lado, considerando os jogos para reabilitação, presentes em outros dispositivos, estes são menos atrativos, mas alguns conseguem apresentar um nível de desafio bastante interessante e, por vezes, pode ser adaptável.
Em termos de facilidade de manuseamento, verificamos que as consolas podem ser as mais complicadas de manusear no início do tratamento face aos problemas que o paciente apresenta. Os pacientes aprendem facilmente a trabalhar com sistemas da Tyromotion, porque estes apresentam uma evolução gradual e têm tipicamente grande acompanhamento de especialistas. Os outros dispositivos, por serem simples ou funcionarem através da deteção de movimentos por webcam, são muito intuitivos e de fácil uso.
Na Tabela 1 é apresentado um quadro resumo dos diversos sistemas tendo por base a eficácia na reabilitação, o espaço que utilizam e a respetiva facilidade de manuseamento. É efetuado de forma similar uma análise às interfaces disponíveis para estes dispositivos, tendo por base a sua atratividade e o tipo de armazenamento de dados. Na Tabela 2 é apresentado um quadro resumo das características das soluções em desenvolvimento tendo por base o seu
Hardware associado a existência, ou não de armazenamento de dados dos pacientes bem
como tecnologia usada e se já existiu ou não uma pré-validação em ambiente clinico.
Tabela 1 - Resumo de características
Soluções Adaptadas
Soluções Comerciais
Eficácia Difícil de Analisar Fácil de Analisar
Volume necessário Médio Médio/Alto
Facilidade de manuseamento
Difícil Intermedio
Atratividade Elevada Média
Armazenamento de dados
Rede Servidor Interno
Tabela 2 - Resumo Características - Soluções em Desenvolvimento
Sistema
SHaRe
MTK DRG Alice Br/Shelfe Rehab
Hardware Associado Dispositivo Instrumentado (ex: copo) Joystick Instrumentado Webcam PneuGlove e chapéu instrumentado Marcador CyberGlove e RMII Glove Armazenamento
de dados Sim Não Sim Sim Sim Sim Tecnologia Sensorização
Wireless Sensorização Imagem Sensorização
Realidade
Aumentada Sensorização
Testes em ambiente clinico
Sim Sim Sim Sim Não Sim
Funcionalidades Deteção e medição da força de preensão. Monitorização da orientação do dispositivo. Deteção da força de preensão. Monitorização da posição do dispositivo. Monitorização da posição do dispositivo no espaço Monitorizaçã o da localização do dispositivo no espaço Monitorização da localização do dispositivo no espaço Deteção de força de preensão. Monitorizaçã o da localização do dispositivo no espaço.
Capítulo
3Estrutura de jogos
Existem várias formas de classificar os elementos que estão presentes num jogo. Nesta secção é abordada uma classificação desses elementos começando por uma breve explicação de como cada elemento contribui para o jogo e a forma como se interrelacionam.
A estrutura de um jogo pode ser considerada como sendo baseada em quatro elementos básicos: Estética, Mecânica, História e Tecnologia, Figura 27. Estes elementos são comuns para todos os tipos de jogos, inclusive para os Serious Games e, de seguida, serão abordadas em mais pormenor as suas características, tendo por base o trabalho de Schell [48].
Figura 27 - Elementos básicos de um jogo, adaptado de Schell
É importante referir que estes elementos são todos igualmente importantes apesar de o elemento “Tecnologia” ser o menos visível para o jogador, enquanto o elemento “Estética” é o aspeto, desde logo, mais apreciado pelo utilizador.
3.1. Elementos de um jogo
3.1.1. História
As histórias são sequências de eventos que podem ser contadas através dos jogos. Para que estas sejam compreendidas e aceites pelos jogadores, é necessário existir uma mecânica que permita fortalecer essa história, deixando que esta emerja. O game designer, como contador de histórias, deve eleger elementos de estética que reforcem as suas ideias, relativas à mesma, bem como a tecnologia mais adequada para a história em questão.
Todavia, existe um debate relativamente à introdução de uma história no jogo. Segundo Schell (2015), algumas pessoas acreditam que a introdução da mesma contribui para uma má relação dos jogadores com o jogo. Outras, por sua vez, creem que os jogos com uma história interessante têm vindo a ser banalizados de alguma forma.
Contudo, ao criar um jogo a ideia essencial não é criar uma simples história, mas sim uma história que seja “vivenciada” com o desenrolar do jogo, ou seja, uma experiência. A história é um elemento que ajuda a criar as experiências pretendidas. Para criar estas experiências existem dois métodos muito usados na indústria dos jogos: o The String of
Pearls e o The Story Machine.
The String of Pearls é o mais dominante e a sua designação resulta da tradução gráfica
como mostra a Figura 28 [48]. Este método apresenta duas realidades no jogo, a primeira realidade do jogo não permite qualquer interação e só é mostrada uma história ou evento relacionado com o jogo (the string), seguida de uma outra realidade em que o jogador apresenta movimento livre contudo com um objetivo para cumprir (pearl). Apesar de ser o método mais utilizado, é criticado por não ser muito interativo. Na realidade, este método permite aos criadores ter uma história bem trabalhada com períodos de interatividade e outros mais desafiantes.
Figura 28 - String of Pearls
The Story Machine permite ao jogador criar a sua própria história. Como já foi
referido, a História no contexto de criação de um jogo é uma sequência de eventos e, portanto, neste método as escolhas do jogador irão influenciar diretamente a sequência de eventos que se irá seguir, tornando o jogo mais interativo mas, como os criadores têm que criar várias histórias em paralelo, acabam por torná-las menos interessantes comparativamente às conseguidas no método anterior [48].
É interessante fazer uma breve comparação entre os métodos para verificar como são diferentes.
jogador iniciar um jogo, a história é imutável. Com o método da Story Machine é produzida uma história cuja sequência de eventos é moldada, tendo em conta as decisões tomadas pelo jogador durante o jogo.
Embora existam métodos de criação de histórias, há jogos onde não são aplicados. Exemplo disso é o jogo League of Legends, Counter-Strike e TrackMania.
No League of Legends, o utilizador deve destruir um conjunto de torres que vão
permitir conquistar a base adversária e destruí-la, cumprindo assim o objetivo do jogo. Já no
Counter-Strike o jogador deve impedir que a equipa adversária destrua um ponto fulcral do
mapa, onde a equipa adversária ativou uma bomba, ou tem que salvar os reféns para que o objetivo do jogo seja cumprido. O TrackMania é um jogo que tem por objetivo vencer os melhores resultados da pista selecionada.
3.1.2. Estética
Sendo parte integrante de um jogo, a Estética, para além de incorporar o design, a conjugação de tons, sons e “cheiros” do ambiente do jogo, permite a interação entre o jogador e o jogo proporcionando-lhe experiências, sensações e emoções que o mantenham interessado no jogo. Estas experiências, sensações e emoções devem partir dos objetos que aparecem no cenário do jogo. Nestes objetos não devem só estar identificados os seus aspetos, mas também os seus contornos, cores, sombras, reflexões e texturas, além da relação entre o objeto e o meio envolvente, a sua função e o seu significado.
Muitos criadores de jogos dizem que a Estética é apenas relativa aos aspetos superficiais, porque o que realmente importa são as suas regras (mecânicas do jogo) [48]. Contudo, um jogo para ser divertido e atraente necessita de ter aspetos estéticos bem conjugados e direcionados ao público-alvo a que se destina.
Um dos aspetos associados à Estética do jogo que muitas vezes fica esquecido é o som e a música. Os sons são mais percetíveis que os aspetos visuais quando se fala de interface e
feedback. O ambiente de jogo é, por vezes, estático o que leva a que pequenas alterações
visuais, como é o caso da alteração de uma pontuação, sejam difíceis de reconhecer, contrariamente a um som que aparece pontualmente. A música, por sua vez, é muitas vezes esquecida até praticamente ao fim do jogo. Este erro é frequentemente cometido pelos criadores e concorre para que a música escolhida não esteja adaptada ao jogo, fazendo com que exista um desfasamento entre partes do jogo e a música, o que acarreta consequentemente desarmonia [48].
O Feedback, presente em todos os tipos de jogos, assim como em Serious Games, é um elemento da Estética que desempenha um papel importante na comunicação com o jogador e que pode ser analisado em quatro perspetivas.
A primeira a analisar será a do utilizador [41]. Sempre que o utilizador interage com ambiente disponibilizado pelo jogo, espera que algo se altere. Por exemplo, quando o utilizador seleciona um idioma, espera que o idioma seja alterado. Este tipo de interface deve ser, normalmente, simples e intuitivo. Na segunda perspetiva, a perspetiva do sistema [41], existe uma reação do sistema, pré-determinada, sempre que o utilizador realiza uma ação.
ou recompensas que o utilizador ganha quando cumpre um objetivo ou realiza uma ação acertada. As reações negativas são punições que ocorrem quando o utilizador falha uma ação ou não cumpre um objetivo. Estas podem ser frustrantes pelo que, por vezes, têm que conter mensagens de encorajamento para incitar o utilizador a não desistir. Na terceira perspetiva, a perspetiva do jogo [41], o feedback refere-se à forma como o jogo responde e reconhece as ações e baseado nisso fornece ao jogador informação suficiente para uma nova ação ou objetivo. Por fim, na última perspetiva, a perspetiva da terapia [41], o feedback corresponde à informação sobre o desempenho do utilizador relativamente ao jogo realizado. Este feedback pretende sempre motivar o utilizador e, transportando para o campo de reabilitação, deve incentivar o “paciente jogador” a prosseguir no jogo e a evoluir, no sentido de recuperar a mobilidade parcial ou total do membro afetado e tão rapidamente quanto seja possível.
3.1.3. Tecnologia
Para Schell [48] “A tecnologia é, essencialmente, o suporte em que a estética acontece, em que a mecânica ocorre e por meio da qual a narrativa será contada”. Assim sendo, neste ponto de vista, a tecnologia é o meio físico que permite a existência do jogo, o Ambiente de Desenvolvimento Integrado (ADI), a plataforma em que o jogo é jogado, a linguagem de programação usada e o controlo que permite interagir com o jogo.
3.1.4. Mecânicas
O termo Mecânicas refere-se aos procedimentos e às regras de um jogo. É neste elemento que os objetivos do jogo são descritos e a forma como é permitido ao utilizador alcançá-los. É também descrito o que acontece depois do objetivo ser cumprido. Quando são escolhidas um conjunto de mecânicas como cruciais, todos os elementos do jogo terão que estar envolvidos com elas. É então necessário escolher uma tecnologia que as possa suportar e permita desenvolver a parte estética do jogo para criar empatia com o jogador e em simultâneo, uma história que permita que as mecânicas façam sentido para os jogadores. As mecânicas são o núcleo de todo o jogo, onde são representadas as interações existentes se todos os outros elementos fossem eliminados. Como tal, existem algumas características importantes nas mecânicas que são seguidamente abordadas.
Espaço
O Espaço é o local onde ocorre o jogo. Esta categoria define os vários locais que podem existir e a relação entre eles. O Espaço é uma construção matemática com uma dada dimensão. Este pode ser descrito como discreto ou contínuo. No espaço discreto existe um número específico de posições para o jogador enquanto num espaço contínuo esse número já é infinito.
Um exemplo de um espaço discreto é o “Jogo do Galo”. Como se pode ver na Figura 29 [48], apesar de as posições da cruz não serem idênticas para o jogador, não existe qualquer diferença na posição em que a cruz está colocada.
Figura 29 - "Jogo do Galo" - Espaço Discreto
Objetos, Atributos e Estados
Entende-se por Objetos tudo aquilo que pode ser visto ou manipulado num jogo. Os
Objetos podem ter um ou mais atributos sendo que um deles é frequentemente a sua posição
no espaço.
Atributos são informações associados a um objeto. Por exemplo, num jogo de corridas
de automóveis, cada carro tem uma velocidade máxima e a velocidade atual definidas como atributos. Para cada atributo existe um estado associado. O Estado do atributo de velocidade máxima deve ser o valor que foi atribuído a este atributo, enquanto o estado do atributo de velocidade atual deve ser o valor de velocidade que o carro tem no momento. Os atributos podem ser estáticos, se não se alteram durante o jogo ou dinâmicos, se se alterarem ao longo do jogo.
Ações
De uma forma geral, as ações são os “verbos” do jogo e podem ser considerados dois tipos de ações: as básicas e as estratégicas. As ações básicas são aquelas que o jogador executa para movimentar um objeto do jogo. As ações estratégicas são baseadas nas ações básicas mas realizadas com a intenção de cumprir o objetivo do jogo.
Regras
As regras são a base de todas as mecânicas que foram analisadas até agora. São elas que permitem a definição do espaço, dos objetos, das ações e das suas consequências e restrições e são elas que trazem ao jogo aquilo que é mais importante, um objetivo.
Habilidade
Um jogo necessita que o jogador exercite algumas habilidades que podem ser subdivididas em três categorias: Habilidade Física, Mental e Social. As habilidades físicas incluem força, destreza, coordenação e resistência e são muito importantes quando falamos de desportos. Mas existem jogos que também necessitam destas habilidades, nomeadamente os jogos que utilizam câmaras para fazer tracking do corpo do jogador. As habilidades mentais incluem a memória, observação e resolução de puzzles. São requisitos normalmente presentes
E, por fim, as habilidades sociais são as capacidades de leitura do rival, coordenação com os jogadores da equipa ou interação com o adversário. Apesar destas habilidades estarem ligadas normalmente à capacidade de socialização, quando se fala de jogos estas habilidades tornam-se mais vastas. Um jogo que necessita muito destas habilidades é o jogo de poker em virtude de ser necessário “ler” ou ir avaliando as reações do adversário e ”jogar” com isso.
Puzzles
Puzzles são parte importante dos jogos, podendo estar muito visíveis ou escondidos, mas estarão quase sempre presentes pois são eles que fazem o jogador parar para pensar. São parte essencial para manter o jogo desafiante e o jogador interessado no jogo.
Sorte
Esta é última característica devido à sua capacidade de englobar todas as outras mecânicas e ser ela a tornar o jogo mais divertido. A Sorte indica incerteza e a incerteza significa surpresa. O facto de um jogador, enquanto joga, ser surpreendido faz com que se interesse mais pelo jogo. Esta característica torna os jogos mais desafiantes devido às decisões que o jogador toma.
3.2. Conclusão
Tentando conjugar toda esta informação é possível criar um jogo interativo e desafiante para o utilizador, fazendo com que este não desista facilmente. No caso da reabilitação este aspeto é muito importante pois em grande medida a evolução tem por base a persistência do paciente nas suas tarefas de terapia.
