Proposta

Aluno: Pedro Marcondes

Um instrumento aumentado é um instrumento tradicional cuja capacidades são amplificadas com o uso de sensores, tipos de produção de som e/ou diferentes formas de interação entre instrumento e instrumentista.
O objetivo do trabalho é conseguir estimar de uma maneira confiável o ângulo de uma articulação(entre o braço e antebraço especificamente) para ser aplicado no contexto de mapeamento de movimentos de instrumentistas para o campo de instrumentos aumentados.
Buscamos alternativas para refinar algoritmos usados atualmente, como o uso de quatérnions para representação das rotações, a fim de evitar problemas e limitações relacionados com as representações por eixos ou Euler(eixos constantemente variando e “Gimbal Lock”)[1], técnicas como o método de gradiente descendente[2] e Gauss-Newton[2] que quando aplicadas a este problema conseguiram reduzir o custo computacional, como em [4][6].

O “tracking” de movimentos possui uma área muito vasta de aplicações, se estendendo desde a medicina, no uso de braços robóticos para a execução de cirurgias, até o cinema, onde se usa o mapeamento do movimento de atores para criação de efeitos especiais, animações, etc. Neste trabalho em especial a motivação final é artística, aumentar o instrumento.

O primeiro objetivo é conseguir estimar o ângulo entre o braço e antebraço de um músico com o uso de sensores. Para esse trabalho serão utilizados acelerômetros, giroscópios e magnetômetros.
Depois pretendemos aplicar essa estimação no baixo elétrico afim de usar a angulação da articulação mencionada como controlador de efeito no som produzido pelo instrumento, desenvolvendo assim um baixo aumentado.

A primeira parte compreenderá os estudos teóricos. Esses estudos serão focados em entender sensores e seu uso no universo musical[3], algoritmos que usam sensores para estimar orientação, ângulo, etc, como em [4][5][6] e algumas técnicas utilizadas nesse campo, como o Kalman Filter [7]
Pretendemos implementar um sistema que seja capaz de fazer essa estimação de maneira confiável e eficiente computacionalmente.
Após concluída essa fase do desenvolvimento usaremos esse sistema para desenvolver o baixo aumentado.

[1]HANSON, Andrew J. Visualizing quaternions. In: ACM SIGGRAPH 2005 Courses. ACM. 2005. p. 1.
[2]BERTSEKAS, Dimitri P. Nonlinear programming. Belmont: Athena scientific.1999.
[3]MEDEIROS, Carolina Brum; WANDERLEY, Marcelo M. A comprehensive review of sensors and instrumentation methods in devices for musical expression. Sensors, v. 14, n. 8, p. 13556-13591, 2014.
[4]COMOTTI, Daniele; ERMIDORE, Michele. Quaternion based Extended Kalman Filter for a 9DOF IMU.2011.
[5]DUMITRU, Nicolae; GRECU, Luminita; GRECU, Valentin. Analysis of Human Arm Joints and Extension of the Study to Robot Manipulator. Proceedings of the International MultiConferennce of Engineers and Compute Scientists 2009 Vol 2.
[6]MARINS, João Luís, et al. An extended Kalman filter for quaternion-based orientation estimation using MARG sensors. Intelligent Robots and Systems, 2001. Proceedings. 2001 IEEE/RSJ International Conference on. Vol. 4. IEEE, 2001.
[7]WELCH, Greg; BISHOP, Gary. An introduction to the Kalman filter. 1995.