UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA PIBIC : CNPq, CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PARD, PIAD, PIBIT, PADRC E FAPESPA Período : Agosto/2015 a Janeiro/2016 (X) PARCIAL ( ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO Título do Projeto de Pesquisa: Rede de cooperação universitária para o ensino, pesquisa, desenvolvimento e inovação em Tecnologia Assistiva Nome do Orientador: Ádamo Lima de Santana Titulação do Orientador: Doutor Faculdade: Faculdade de Engenharia da Computação e Telecomunicações - FCT Instituto/Núcleo: Instituto de Tecnologia - ITEC Laboratório: Laboratório de Inteligência Computacional e Pesquisa Operacional - LINC Título do Plano de Trabalho: Análise de dados da interação em jogos sérios em um ambiente de gameterapia voltada à reabilitação motora Nome do Bolsista: Douglas Alvares Virgolino Tipo de Bolsa : ( ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq AF ( )PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador (X) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA AF ( ) PIBIC/ INTERIOR ( )PIBIC/PARD ( ) PIBIC/PADRC ( ) PIBIC/FAPESPA ( ) PIBIC/ PIAD ( ) PIBIC/PIBIT 1

2 INTRODUÇÃO Com o crescente interesse da comunidade acadêmica na utilização de jogos como ferramenta de intervenção no tratamento de reabilitação motora de pacientes, a lacuna que há quanto aos métodos de coleta e análise de dados torna-se mais perceptiva, uma vez que, no geral, se mantem no modo tradicional/manual. Neste contexto, este trabalho tem como principal foco trazer uma forma mais eficiente de análise e coleta de dados, para que, combinado com os métodos tradicionais, possa melhorar a qualidade das análises e resultar em um impacto mais rápido e eficiente na vida dos pacientes submetidos aos tratamentos em questão. JUSTIFICATIVA Na literatura atual encontra-se diversas comprovações da eficiência de jogos no tratamento e reabilitação motora em comparação com o desempenho obtido nos métodos tradicionais (VERNADAKIS et al., 2012; VERNADAKIS et al., 2014). No entanto, percebe-se uma falta de métodos eficientes e otimizados para coleta e análise dos dados oriundos das interações dos pacientes que utilizam desses jogos. Métodos atuais utilizam ferramentas e métodos de medição que são aplicados em um instante a parte do tempo de jogo, e não obtém informação do progresso do jogador durante uma sessão (VERNADAKIS et al., 2014). Neste caso, eventos particulares que podem vir a ocorrer durante uma seção, serão perdidos, como por exemplo, a execução de algum movimento inesperado, que resulta no agravamento da lesão existente, entre outros. A utilização de ferramentas de visualização de dados em tempo real obteve bons resultados em estudo realizado com a utilização de jogos sérios para a educação, considerando as possibilidades de detecção de erros ou dificuldades dos jogadores em tempo de jogo, e assim podendo intervir direta ou indiretamente para corrigir tal problema e melhorar o desempenho do jogador (MINOVIC et al., 2015). OBJETIVOS: Levantamento e seleção de jogos sérios utilizados no tratamento fisioterápico de pacientes que necessitam de reabilitação motora; 2

3 Modelagem e Desenvolvimento de um modulo de coleta de dados em tempo real de jogos sérios; A partir da coleta dos dados específicos realizar a análise dos dados em busca de padrões dos movimentos e a possível relação destes com a progressão da reabilitação; Gerar um protótipo para visualização de dados e informações encontradas. MATERIAIS E MÉTODOS: Primeiramente, focou-se no estudo da literatura com o intuito de compreender o cenário atual das pesquisas realizadas com jogos para reabilitação motora, e com isso definir a melhor estratégia de desenvolvimento para a ferramenta de coleta de dados. Quanto à escolha do jogo, optou-se por utilizar o Elder Fit, cujo propósito é a reabilitação motora de pessoas da terceira idade. Esta escolha devido este jogo está em desenvolvimento por uma equipe do laboratório LINC REVI, o que torna mais viável sua integração com o sistema, uma vez que este processo exige certas especificações e rotinas implantadas no código fonte do jogo. Para a coleta de dados, foi desenvolvido uma ferramenta computacional na plataforma Web, a qual teve as seguintes ferramentas/tecnologias utilizadas: Java: uma linguagem de programação multiplataforma compilada e interpretada por uma máquina virtual própria, com um vasto conjunto de bibliotecas de métodos e funções consolidados pela comunidade ativa da linguagem, possibilitando a realização de multitarefas, criação de um canal de comunicação via socket. Por esses motivos, sua utilização para integração dos componentes é ideal; AngularJS: um framework de javascript mantido pela Google, que torna as telas do sistema mais dinâmicas, executando a renderização parcial da página, fazendo com que seja menor o consumo do trafego na rede e otimizando o carregamento. Também possibilita que parte do processamento seja realizada na máquina do usuário logo poupando o servidor e o dedicado apenas para o processamento das rotinas de maior custo computacional e acesso ao banco de dados; 3

4 Struts 2: ferramenta para a utilização de Java como Sistema Web, a qual possui um plugin para troca de informação via JSON. Ao realizar a troca de informação via JSON, cria-se um padrão na troca de informação e envio de dados compactados, enviando apenas a informação necessária, reduzindo também o trafego na rede. Por esse motivo foi escolhido essa ferramenta para trocas de informação com o servidor. Hibernate: ferramenta para abstração do Banco de Dados para a programação orientada a objetos que realiza o mapeamento das tabelas do banco tratando-as como uma classe e cada registro do banco um objeto, além de realizar otimização das consultas no banco e cache das informações. Por esse motivo, foi escolhido como framework para tratamento com o banco de dados. Maiores detalhes sobre o funcionamento/estrutura da ferramenta de coleta de dados serão apresentados na próxima secção. RESULTADOS: Quanto aos possíveis jogos a serem utilizados na coleta de dados, optou-se por utilizar o jogo Elder Fit, que está sendo desenvolvido por alunos do programa de extensão no laboratório LINC-REVI (Figura 1). Figura 1: Jogo ElderFit. O jogo segue a mesma linha de jogos utilizados comumente em tratamentos de reabilitação motora, os quais requerem interação e movimentação do corpo do jogador. Além disso, o jogo escolhido está sendo desenvolvido com proposito especifico de reabilitar, e tem o acompanhamento de especialistas fisioterapeutas neste processo. 4

5 Para a coleta de dados, foi desenvolvido uma ferramenta computacional para a plataforma web, na qual os jogos se comunicam por meio de uma requisição (GET ou POST) contendo as informações a serem adicionadas no banco de dados. No caso específico do ElderFit, o jogo enviará dados capturados pelo KINECT, componente utilizado na leitura de movimentos corporais. A arquitetura do sistema proposto pode ser observada na Figura 2. Figura 2: Arquitetura do sistema. Conforme descrito nas ferramentas utilizadas, a linguagem de programação escolhida possibilita a intercomunicação do sistema, além de ser suficientemente robusta para, no futuro, executar as rotinas de tratamento e análise de dados, que podem vir ar requerer certo custo computacional. Além disso, o sistema utiliza o framework AngularJS, que proporciona mais dinamismo e fluidez ao sistema, além de poupar o servidor na execução de algumas subrotinas no dispositivo que está acessando o sistema. A comunicação da interface web, se dá por meio de requisições feitas ao servidor. Estas contêm informações no padrão JSON, com o uso dos frameworks descritos. Por sua vez, o servidor interpreta esta informação e executa as rotinas para armazenamento da informação. O processo de coleta de dados tem como fase inicial o cadastro do jogo no sistema Web, e é neste ponto que ocorre a definição de quais parâmetros serão armazenados no banco de dados para posterior analise. Neste ponto, o sistema já está pronto para receber os dados do jogo. Durante a execução do jogo são coletados os dados importantes para a análise e as informações do jogador. Estas informações serão agrupadas em forma de texto seguindo o padrão JSON, para então serem submetidos ao sistema de coleta, o qual receberá esta informação com o auxílio 5

6 da ferramenta Struts 2. Após o tratamento, esta informação será registrada no banco de dados através do framework Hibernate. Com os dados devidamente registrados no banco de dados, se tem início a fase de análise dos dados, que será composta por uma série de rotinas implementadas no servidor Java. Estas rotinas irão tratar e fazer analises previas dos dados registrados no sistema para então apresentá-los quando forem solicitados pela plataforma web do sistema. Quanto a visualização dos dados, esta etapa requer especial atenção, uma vez que ajudará na decisão pela adesão ou não do uso da ferramenta pelos especialistas. Para atingir este objetivo, a interface deve ser intuitiva e eficaz. O protótipo deste item já está em fase de desenvolvimento conforme pode ser observador na Figura 3. Figura 3: Protótipo da interface de visualização. Outro item importante a se destacar quanto aos resultados, foram os conhecimentos obtidos e decisões tomadas no processo de modelagem do banco de dados (BD) do sistema (Figura 4), uma vez que se teve como objetivo, preparar o BD para receber diferentes tipos de dados de forma transparente, ou seja, sem levar em consideração qual o jogo ou tipo de jogo que está vinculado ao sistema. 6

7 Figura 4: Modelagem do banco de dados. Para atingir o objetivo de receber diferentes parâmetros de variados jogos, criou-se uma tabela de parâmetros, a qual fará o controle do tipo de dado que será armazenado. Para cada parâmetro será possível registrar uma infinidade de valores, na tabela parametrosalvo, a qual, além de guardar o valor do parâmetro, fará referência ao usuário que está fornecendo este valor, e registrará a data e hora do ocorrido. No tratamento de usuário, neste primeiro momento, buscou-se implementar um esquema padrão, com dados suficientes para distinguir diferentes usuários. PUBLICAÇÕES Não há publicações até o momento. ATIVIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS NOS PRÓXIMOS MESES 1. Concluir a interface de visualização de dados; 2. Concluir integração do jogo com o sistema de coleta de dados; 3. Iniciar coleta de dados por meio do jogo; 7

8 4. Estudo de estratégias para analisar os dados; 5. Analisar os dados obtidos; 6. Elaboração de artigos. CONCLUSÃO Este trabalho mostrou os conceitos adquiridos e trabalhados, assim como os objetivos concluídos no desenvolvimento do modulo de coleta e análise de dados em jogos sérios. Além disso, foram expostas as tecnologias utilizadas até o momento, dando um enfoque especial na arquitetura utilizada para coleta e armazenamento dos dados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS VERNADAKIS, N.; GIOFTSIDOU, A.; ANTONIOU, P.; IOANNIDIS, D.; GIANNOUSI, M. (2012) The impact of Nintendo Wii to physical education students' balance compared to the traditional approaches. Computers & Education, 59(2), pp VERNADAKIS, N.; DERRI, V.; TSITSKARI, E.; ANTONIOU, P. (2014). The effect of Xbox Kinect intervention on balance ability for previously injured Young competitive male athletes: a preliminar study. Physical Therapy in Sport, 15(3), pp MINOVIC, M.; MILOVANOVIC, M.; ŠOŠEVIC, U.; GONZALEZ M. A. C. (2015) Visualization of student learning model in serious games. Computers in Human Behavior, 47, pp DIFICULDADES Nada a relatar. PARECER DO ORIENTADOR: O aluno conseguiu desempenhar as tarefas do projeto segundo o cronograma apresentado para o plano. Estando em consonância com o proposto, o aluno demonstrou uma boa capacidade de aprendizado, desempenhando bem as atividades de pesquisa e programação demandadas. DATA : 26/02/2016 ASSINATURA DO ORIENTADOR ASSINATURA DO ALUNO 8