三维人体动态计算机模拟及仿真系统.docx

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1、三维人体动态计算机模拟及仿真系统三维人体动态计算机模拟及仿真系统(一)LifeMOD生物力学数字仿真软件1.简介LifeMOD生物力学数字仿真软件是在MSC.ADAMS基础上,进行二次开发，用以研究人体生物力学特征的数字仿真软件，是当今最先进、最完好的人体仿真软件。LifeMOD生物力学数字仿真软件可用于建立任何生物系统的生物力学模型。这种仿真技术可使研究人员建立各种各样的人体生物力学模型，模拟和仿真人体的运动，并深化地了解人体动作背后的力学特性以及动作技能控制规律。鉴于LifeMOD生物力学数字仿真软件的强大功能，它成功地应用于生物力学、工程学、康复医学等多个领域。2.厂商美国BRG(Bio

2、mechanicsResearchGroup)公司具有超过20年的与世界顶级研究机构和商业机构的成功合作历史，包括体育器材生产商、整形外科、人体损伤研究机构、高校和研究院所、政府机构、医疗器械生产商以及空间技术研究机构，在生物力学、工程学、康复医学等很多行业中有卓越的声誉。3.型号LifeMOD2020.0.04.功能LifeMOD生物力学数字仿真软件的功能强大、先进而且普遍适用。LifeMOD生物力学数字仿真软件可用于建立任何生物系统的生物力学模型。这种仿真技术可使研究人员建立各种各样的人体生物力学模型；这些模型既能够再现现实的人体运动，也能够根据研究者的意愿预测非现实的人体运动；通过人体动

3、作的模拟和仿真，计算出人体在运动经过中的运动学和动力学数据，进而使研究者能够深化地了解人体动作背后的力学特性以及动作技能控制规律。在体育领域，利用LifeMOD的个性化建模和强大的计算能力，不但能够将运发动的比赛和训练情况进行再现并分析运动学、动力学特征，而且能够根据运发动各自的生理特征来进行不同情况的仿真，进行优化分析，进而到达优化运发动技术的目的，进而指导和帮助运动训练。5.软件特性LifeMOD生物力学数字仿真软件是创立成熟、可信的人体模型的工具。它具有下面特性：快速生成人体模型。能在不到一分钟的时间里完成人体模型的创立。完好的骨骼/皮肤/肌肉模型。具有骨骼、皮肤、肌肉的人体模型与受试对

4、象是成比例的。当前位置：文档视界三维人体动态计算机模拟及仿真系统三维人体动态计算机模拟及仿真系统与所有动作捕捉系统有接口。LifeMOD提供ASCII表格格式，能够与所有动作捕捉系统连接。主动和或受动的人体模型。人体模型能够被设置成受动的遭到环境的作用或者主动的作用于环境。也能够把同一个人体模型设成受动和主动结合的模型。1.身体多个相互作用的模型。同一环境下，能够有6个模型共存，模型能够与环境、器械以及相互间互相作用完成动作。每个模型能够被设置为主动的或者受动的。6个人体形态学数据库数据库包括GeBOD数据库；PeopleSize的英国人、美国人、日本人和中国人的数据库；USArmy数据库。环

5、节的大小和质量等性质能够从数据库中提取。多种人体模型展现形式人体模型能够以骨骼、男性皮肤、女性皮肤、椭球体模型、碰撞假人模型、棍图等多种形式展现。在仿真经过中各种形式能够互相转换。环节精度能够调节创立的基础人体模型是19环节的，有的多块骨骼结合成一个环节。根据研究精度的要求，能够将一个多骨骼环节拆分成多个单骨骼环节。三种创立身体的方式根据身高、体重、性别简单的创立身体环节；根据测量的50个身体形态学参数创立身体环节；根据测量的22个关节的位置数据创立身体环节。完全成比例的骨骼所有的骨骼图形都是根据形态学数据库的数据成比例生成的。形态学数据库中既包括成年男女，也包括儿童。身体文件的导入和导出宏大

6、的身体姿势数据库不仅有标准姿势数据库，而且用户能够向姿势数据库中添加保存更多的姿势。能够模拟任何生物体2.关节自动生成人体的关节自动生成20个三轴关节。在每个关节自由度上能够个性化的修改关节的活动范围、力、摩擦、扭矩等。关节能够被个性化修改每个关节自由度上能够单独设置人体运动。具有力的特性的HybridIII碰撞假人模型在受力仿真中，碰撞假人模型具有力的特性。其运算法则中包括关节的摩擦、非线性刚度/阻尼和关节活动范围。有力的作用的关节与光滑外表接触的关节用接触力和韧带的稳定作用模拟。关节轴的处理为调整模型姿势，每个关节轴都能通过控制面板进行调整。3.力每个关节轴都自动生成PD-servocon

7、troller。根据反向动力学记录的关节运动情况，PD-servocontroller使人体模型在每个关节自由度上在关节扭矩的驱动下根据反向动力学记录的关节运动情况运动。全身完好的肌肉/韧带模型关节能被韧带的气力稳定；也能被肌肉的气力驱动。肌肉模型是由一系列的弹簧和阻尼器组成的。接触力工具用以模拟人体环节与环境的互相作用以及模型与模型间的互相作用。4.运动能够由用户自主编写运动函数来设置模型的运动。任何动作捕捉设备可用于提供数据软件包含了与动作捕捉设备生成的标准ASCII格式的接口。完好的标志点自动就位调试受试者与模型间的差异和其他误差5.仿真反向动力学仿真人体模型在运动引导点的引导下完成动作

8、，这个经过中，记录下每块肌肉的收缩历史。正向动力学仿真根据反向动力学记录的肌肉/关节运动情况，在肌肉气力/关节扭矩的驱动下根据反向动力学记录的肌肉/关节运动情况再次执行运动。从正向动力学仿真中，能够获得肌肉的作用、时序、大小、力等。6.结果动画仿真的结果能够与数据结果的曲线同步的细致展现。仿真结果的电影也能够单独生成。运动学能得出任何相对坐标系下的位移、速度、加速度等运动学数据。人体模型和机械系统模型上的任何位置的运动轨迹也都能被记录下来。动力学人体模型的动力学数据包括关节扭矩、软组织张力、接触力等。人体模型与环境等的互相作用力也能记录下来。6.输出的数据结果LifeMOD生物力学数字仿真软件

9、输出模型的全身基础数据，包括运动学数据、关节数据、软组织数据、接触数据以及用户自定义的其他三维的运动学、动力学数据。平动用沿3个人体基本方向以及合量数据描绘：沿人体矢状轴方向沿人体额状轴方向沿人体垂直轴方向合量转动用绕3个人体基本方向以及合量数据描绘绕人体矢状轴方向绕人体额状轴方向绕人体垂直轴方向合量基础的输出结果是：运动学数据1)CMposition环节质量中心的位置，包括：沿人体矢状轴方向沿人体额状轴方向沿人体垂直轴方向合量2)CMvelocity环节质量中心的速度，包括：沿人体矢状轴方向沿人体额状轴方向沿人体垂直轴方向合量3)CMacceleration环节质量中心的加速度，包括：沿人体

10、矢状轴方向沿人体额状轴方向沿人体垂直轴方向合量4)CMangularvelocity环节旋转的角速度，包括：绕人体矢状轴方向绕人体额状轴方向绕人体垂直轴方向合量5)CMangularacceleration环节旋转的角加速度，包括：绕人体矢状轴方向绕人体额状轴方向绕人体垂直轴方向合量关节数据6)Angle关节角度，包括：人体矢状面上人体额状面上人体垂直面上7)Force关节力，包括：人体矢状面上人体额状面上人体垂直面上8)Torque关节扭矩，包括：人体矢状面上人体额状面上人体垂直面上软组织数据9)Contraction(各个肌肉的)形变10)Tension(各个肌肉的)肌张力接触数据11)接触力，包括沿人体矢状轴方向沿人体额状轴方向沿人体垂直轴方向合量12)接触力矩，包括绕体矢状轴方向绕人体额状轴方向绕人体垂直轴方向合量7.应用现状在国际范围内，LifeMOD软件被学术界认可。近年来，使用该软件进行的多项人体动态模拟和仿真研究成果，被撰写成数十篇学术论文，发表于国际知名的生物力学学术会议以及生物力学学术期刊，被以为是目前人体生物力学研究中