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、最完整的人体仿真软件。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，并深入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(Biomechanics Research Group)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、康复医学等许多行业中有卓越的名誉。

3.型号

LifeMOD 2008.0.0

4.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，也能够按照研究者的意愿预测非现实的人体运动；通过人体动作的模拟和仿真，计算出人体在运动过程中的运动学和动力学数据，从而使研究者能够深入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，不但可以将运动员的比赛和训练情况进行再现并分析运动学、动力学特征，而且能够根据运动员各自的生理特征来进行不同情况的仿真，进行优化分析，进而达到优化运动员技术的目的，从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建成熟、可信的人体模型的工具。它具有以下特性：

●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建。

●完整的骨骼/皮肤/肌肉模型。具有骨骼、皮肤、肌肉的人体模型与受试

对象是成比例的。

●可根据研究需要，建立不同精度的人体模型。（简单的是19环节18关

节，复杂的根据研究的精度要求完善）

●多个互相作用的模型共存。同一环境下，能够有6个模型共存，模型能

够与环境、器械以及彼此间相互作用完成动作。

●人－机交互。人体模型可以与ADAMS的模型结合，进行人－机交互的

研究。

●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（受到环

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

●多个互相作用的模型。

同一环境下，能够有6个模型共存，模型能够与环境、器械以及彼此间相互作用完成动作。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；US Army数据库。环节的大小和质量等性质可以从数据库中提取。

●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。在仿真过程中各种形式可以相互转换。

●环节精度可以调节

创建的基础人体模型是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，可以将一个多骨骼环节拆分成多个单骨骼环节。

●三种创建身体的方式

根据身高、体重、性别简单的创建身体环节；

根据测量的50个身体形态学参数创建身体环节；

根据测量的22个关节的位置数据创建身体环节。

●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

●巨大的身体姿势数据库

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Hybrid III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

与光滑表面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-servo controller。

根据反向动力学记录的关节运动情况，PD-servo controller使人体模型在

每个关节自由度上在关节扭矩的驱动下按照反向动力学记录的关节运动情况运动。

●全身完整的肌肉/韧带模型

关节能被韧带的力量稳定；也能被肌肉的力量驱动。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相互作用以及模型与模型间的相互作用。（4）.运动

●可以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。

●完整的标志点自动就位

●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，这个过程中，记录下每块肌肉的收缩历史。

●正向动力学仿真