CAE解析

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  AnyBody 特性 

■ 整身模型

フルボディ人体モデル

AnyBody 的人体模型由骨骼(刚体)、关节(骨关节)和肌肉组成。这些组件组合成一个全身模型,您可以自由添加外力和工具。因此,可以轻松地再现动作并进行分析。


软件提供了脚、手、颈部、脊柱和肩关节的详细模型,因此您可以在需要时进行更详细的分析。


此外,AnyBody 通过模拟肌肉的运行,包括用直线连接起点和终点的肌肉,以及与骨骼表面接触的缠绕肌肉(缠绕肌),实现了更真实的分析。


■ AnyBody用户界面

AnyBodyインターフェース在AnyBody的分析中,通常无需创建复杂的算法,只需设置操作和条件即可进行半自动分析。


AnyScript是AnyBody建模系统所使用的脚本语言。
它由称为“类”(Class)的单元组成,这些单元是简单定义的组合。例如,可以定义髋关节的弯曲角度,或者在坐标(x、y、z)处创建一个点,然后将这些定义组合起来,设定动作和条件。

 

“类”(Class)是AnyBody独有的,但您无需记住它们。您可以在AnyBody中随时查找所需的函数,并插入包含这些函数的“类”。即使是复杂的模型和行为,也可以通过“类”的简单定义轻松构建和重现。


AnyBody的图形用户界面(GUI)非常直观,与AnyScript结合使用时,能够以多种方式操作。
右侧的图示展示了GUI的模型视图与AnyScript的结合,可以在同一屏幕上同时显示“模型”、“输出图”和“力向量”。

■ 大量的验证研究

AnyBody検証スタディ为了评估分析结果的可靠性,AnyBody开发团队定期进行实际测量,并将其与AnyBody模型的分析结果进行对比验证。这些验证研究的结果以学术论文的形式公开发表。


此外,在2014年和2015年的“Grand Knee Challenge”这一国际性竞赛中,使用AnyBody的用户通过将模型分析结果与实际测量结果进行对比,获得了奖项。

 

安装AnyBody软件时,会自带用于肩关节、脊柱和膝关节人工植入等验证研究的模型。

■ 人体模型的访问和编辑

人工関節在AnyBody中,构成人体模型的所有数据均可编辑。除了可以调整模型的身高、体重和体脂率外,您还可以自由更改每个部位的比例,例如腿部与躯干、上臂与前臂的比例。

 

此外,如果您有相关数据,不仅可以使用现有的模型,还可以根据种族、性别、年龄等因素创建新的人体模型。通过修改肌肉和骨骼的参数并编辑模型,可以根据特殊的身体状况进行分析,例如肌肉强壮或虚弱的人、单腿站立的人以及安装了人工关节的人。

■ 封闭链的无缝对接

歩行步行、骑行、双手抓握等动作属于运动的封闭系统,被称为“封闭链”(closed chain)。生物力学中包含许多封闭链模型。


AnyBody不依赖于开放链的假设,而是对模型进行整体位置分析,建立包含肌肉的冗余平衡系统,并使用肌肉动员算法进行分析。用户可以无缝完成整个过程。

■ 人体动作的输入

人体動作の入力

在AnyBody建模系统中,定义人体运动的一种方法是使用动作捕捉系统。例如,右图展示了 Vicon Plug–in-Gait 的标记集。


AnyBody建模系统支持导入C3D格式的运动数据。

我们支持使用AnyBody分析并输出运动期间的肌肉活动,包括动作捕捉测量。详细信息请参阅以下页面。


AnyBody建模系统具备C3D运动学数据导入接口。


我们提供运动捕捉系统的测量服务,并使用AnyBody分析运动期间的肌肉激活度,同时提供输出结果。详细信息请参阅以下内容。

 

运动捕捉测量服务

■ 推测地面反力的功能

床反力の測定AnyBody具备推测地面反力的功能。


这对于确定在难以安装测力台或没有测力台的情况下操作中的反作用力非常有用。在需要估计反作用力的部位,创建一个称为“虚拟肌肉”的点,并设置一个用于接触判断的板(而非测力板)。

虚拟肌肉的活动会根据虚拟肌肉与板之间的距离进行控制,并在包含虚拟肌肉的全身肌肉中优化肌肉活动。然后,通过虚拟肌肉施加的力来估算反作用力。

在估算过程中,需要设置的条件包括用于接触判断的板的范围和摩擦系数等。

■ 日本人的人体模型

日本人の人体モデルAnyBody Modeling System 是一款骨骼肌肉建模系统,其结果的精度在很大程度上取决于人体模型的尺寸。


默认的人体模型尺寸大致基于欧美人的平均值。这与日本人的身体尺寸及比例可能存在差异,因此有必要对现有模型的尺寸进行缩放,以适应日本人的身体特征。


除了日本人之外,我们也可以根据中国人的身体尺寸进行调整。这些数据可以从全国标准信息公共服务平台获取。 https://std.samr.gov.cn/

■ AnyScript

AnyBody 使用 AnyScript 脚本语言构建模型。模型由刚体体节、体节间的连接以及肌肉和肌腱模型组成。用户可以根据驱动函数定义动作,并施加外力。系统会计算该动作下的各个肌肉力和关节力的变化,以及肌腱的弹性能量、代谢和肌肉激活度等。

AnyScript 是 AnyBody 特有的建模语言,与 Java、C++ 相似,更接近 JavaScript。

由于 AnyScript 是一种面向对象的语言,因此可以轻松添加体节、关节、肌肉、力以及动作等新元素。这些元素是所有肌肉骨骼模型的重要组成部分,而这些元素已经在软件中预先定义,可以通过插入相应的模板来添加。

例如,添加新体节时,只需插入相应的模板,然后定义该元素所需的参数即可。这些参数也可称为元素的属性。

AnyScript本质上是参数化的,因为它通过变量和公式来定义模型。通过这种方法,可以将手臂长度设置为人体身高的函数,从而轻松创建与体重相匹配的肌肉力。用户可以自由定义模型尺寸与复杂身体运动之间的关系。由于AnyScript通过公式控制变量的行为,因此它是本质上参数化的。
在这个例子中,手臂长度被设置为人体身高的函数。

AnyFolder BodyParameters = {
AnyVar BodyMass = 75;
AnyVar Density = 1000;
}; //Bodyparameters

AnySeg Foot = {
Mass = 0.0145*.BodyParameters.BodyMass;
AnyVar Length = 0.24;
AnyVar Radius= (Mass/(3.1416*Length*.BodyParameters.Density)
)^0.5;

■ 元素的再利用

人体模型中的许多元素在结构和功能上具有相似性。因此,通常无需从头开始定义新元素。您可以从其他模型或当前模型的其他部分复制并使用类似的元素。在复制时,只需将定义对象的文本行复制,并将其粘贴到需要插入的位置即可。

■ 使使用Matlab、Python等工具进行操作

MatLab、Python等で操作 AnyBody提供控制台版本,可从Matlab等第三方软件进行操作。此外,Python还提供了一个名为“AnyPyTools”的工具包,能够高效地实现多个AnyBody分析的自动化、结果获取与处理以及参数分析。

应用程序可从AnyBody开发商网站下载。 进入下载

●Anyscript论坛。
https://forum.anyscript.org/

※开发商:AnyBody Technology A/S
Copyright © 2013 Terrabyte (Shanghai) Co.,Ltd.