CAE解析

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  AnyBody 特征

■ 整身

フルボディ人体モデルAnyBody人体模型是由刚体骨、骨结合部位的关节、肌腱组成的。
这些组合的人体模型从最初开始,能自由地追加来自外部的力量和工具。因此,可以简单地活动再现并进行分析。
软件含有脚和手、颈部、脊椎、肩关节等详细的模型,可以根据需要,进行更详细的分析。
另外,AnyBody中,起始与终点以直线连接的肌肉和骨表面接触,肌肉缠绕骨头(Wrapping Muscle),使得分析更为真实。

■ AnyBody用户界面

AnyBodyインターフェースAnyBody分析不需要采用基本的复杂算法,只要设定动作和条件就能半自动地分析。
AnyScript 是Anybody 建模系统所使用的模型定义语言。
比如,将骨关节几次弯曲的坐标点(x,y,z)组合为动作或条件,这被称为『Class』单元的简单定义。
『Class』是AnyBody特有的设置,但没必要记住。在AnyBody的内部数据库中,需要的功能可随时插入『Class』。复杂的模型和动作也是通过『Class』简单的定义后,累积起来的,简单地构筑,能够再现。
GUI非常简单,与AnyScript组合,实现多种组合应用。
右图中,GUI的Model View和AnyScript组合,“模型”“输出图表”“力矢量”可在同一屏幕上显示。

■ 大量的验证研究

AnyBody検証スタディ为了评价分析结果的可靠性,AnyBody开发员定期地进行与实际测量比较的验证工作,发表公开论文。
另外,在2014年和2015年的“Grand Knee Challenge”的膝关节负担结果比较中,AnyBody的使用者成为了模拟推测的获奖者。安装AnyBody的话,可提供肩关节、脊椎、膝盖人工关节等验证中所使用的模型。

■ 人体模型的访问和编辑

人工関節AnyBody构成人体模型的全部的数据均可访问。基于此,通过一些系数和计算,可以确认体型。另外,这些数据全部可以编辑,如模型的身高、体重、体脂率、再加上脚和躯干、肱和前腕等,以及各部位的比例也可以自由改变。
并且,如果有数据,不仅能够使用原有模型,也可根据人种、性别、年龄等制作新的人体模型。变更肌肉和骨头的参数,通过模型编辑,能合成肌肉强和弱的人,单腿的人和人工关节置换的人等,配合特殊的身体状态,进行分析。

■ closed链的无缝对应

歩行自行车旅行、步行、用双手抓住东西等,是运动的封闭的系统,被称为closed链。生物力学包括的closed链模型非常多。
AnyBody不依赖开放链的假设,对模型的整体位置分析,包含肌肉在内的复杂的平衡关系,运动员的运动。用户能无间段地实行这个过程。

■ 人体动作的输入

人体動作の入力AnyBody Modeling System,作为规定人体动作方法之一使用运动捕捉系统。作为信标器组套的例子,右图为Vicon Plug–in-Gait的标识物组套。
AnyBody Modeling System有C3D运动学数据导入接口。

本公司提供运动捕捉系统的测量,分析AnyBody运动中的肌肉活动,进行输出的服务。详细情况请看以下内容。

运动捕捉测量服务

■ 推测地面反力的功能

床反力の測定AnyBody具有推测反力的功能。
在forceplate(力板)设置困难或者无力板的场所,使用反力非常有用。在推算反力的位置,用虚拟筋的点代替接触判断用的力板。要虚拟筋和力板的距离条件,设定控制虚拟筋的活动,对包含虚拟筋的全身肌肉,进行筋活动的优化。并且,从虚拟筋发挥力量,推算反力。在推测时,设定接触判断用板块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是筋骨格建模系统,用刚体力学的方法,计算肌肉力和关节力矩。因此,结果的精度十分依赖人体模型尺寸。
默认的人体模型尺寸,大体为欧美人的中间值。但是,日本人的人体尺寸及人体比例可能存在差异,所以有必要缩放现有模型的人体尺寸来配合日本人。
网络和研究机构提供一些体型数据。如果这些数据中包含用户想变成日本人的人体尺寸数据等,本公司提供利用那些数据的人体模型缩放法。

■ AnyScript

AnyBody使用AnyScript脚本语言构筑建模。模型,是由刚体段骨、区段间的接合部位以及有生理学特性的肌腱组成的,可以根据驱动程序定义用户动作,加上外部力量。系统计算伴随这个动作的各个肌肉力和关节力的变动,从这些信息开始,肌腱的弹性能量、代谢、激活肌肉活性等特性被导出。

AnyScript是AnyBody面向对象的建模语言,和Java、C++相似,接近JavaScript语言。上述范围内的脚本,是以AnyScript记述简单的筋组合模型程序的一部分。

因为AnyScript是面向对象的语言,因此能容易地追加区段、关节、筋、力量以及动作等新要素。这些要素是所有筋骨格模型的经典零件, AnyScript表示这个要素的级被事先定义。

例如追加区段的情况等,要在AnyScript模型中定义结构块后实行。段骨的重量等要素的属性,只是设定目标被定义。

AnyScript是变量根据算式做动作的,所以本质上参数化的。
在这个方法中,手臂长度作为人体身高的函数,能容易地制作与全体重相称的肌肉力。可以自由定义模型尺寸间复杂的身体测量关系。

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;

■ 单元的再利用

体内的很多要素都很类似。因此,几乎没有从零定义新的要素。想要的单元可以从其他模型和现用模型内的各部位开始,类似的东西可以复制使用。复制的方法是,作为文本复制目标定义的行,在想插入的地方粘贴。

■ MatLab、Python等操作

MatLab、Python等で操作提供Anybody中央控制台版,可从像MatLab一样的第三方软件操作。并且,从Python"AnyPyTools"提供工具包,多数AnyBody解析的自动获取和处理,以及能有效地进行参数分析。

应用程序可从AnyBody开发商网站进行下载。 进入下载

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※开发商:AnyBody Technology A/S
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