基于肌肉功能模型的人机分析系统构建方法研究

论文摘要

人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一门科学,并运用其理论、原理、数据和方法进行设计,以优化系统的工效和人的健康幸福之间的关系。计算机辅助人机工程设计是随着计算机技术,尤其是计算机图形学、虚拟现实以及高性能图形系统的发展而迅速发展,是在产品设计时利用计算机辅助的方法高效率地解决产品的人机工程学问题。目前尤其是在国内,计算机辅助人机工程分析系统还有很多问题,因此开发一个功能多、通用性强、面向我国国情的人机工程分析、评价、仿真系统迫在眉睫。本文正是针对这一问题展开了研究。本文主要探讨可以进行肌肉相关评价的人机评价系统的设计,研究其构建方法。论文首先总结了目前人机分析系统的不足,分析肌肉组织在人机分析中的意义。引入生物力学的肌肉功能模型(Muscle Function Model,文中简称为MFM)概念,将其简化用于计算虚拟人的肌肉力。通过举例验证,结论是这种方法有效可行,而且丰富了人机分析系统的功能。然后描述了人机工程学领域系统平台所具有的基本功能,提出实现基于肌肉功能模型的人机评价系统设计构想。论述基于肌肉功能模型的人机评价系统总体设计构想。先描述人机工程分析中的虚拟人的功能特点和系统要达到的整体效果,然后给出系统的功能模块划分和系统的工作方式,定义各个功能模块的内部结构,定义系统的总体层次和总的工作流程,给出各功能模块的实现方式。重点构建一个面向我国国情的人机分析系统。在总体设计的基础上,详细分析基于肌肉功能模型的人机分析系统核心功能层内容,即虚拟人体模型的显示和虚拟人运动系统两部分,论述为实现这两部分功能所进行的设计方法。重点构建一个通用性强的用于人机分析的虚拟人模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 人机分析评价系统的研究应用现状
• 1.1.3 问题的提出和意义
• 1.2 本文主要内容和结构
• 第2章 人机分析系统相关理论与技术
• 2.1 虚拟人技术
• 2.1.1 虚拟人技术概述
• 2.1.2 虚拟人的几何表示方法
• 2.1.3 虚拟人运动系统建模
• 2.1.4 虚拟人运动控制
• 2.1.5 VRML和H-Anim1.1标准
• 2.2 虚拟样机技术
• 2.2.1 虚拟样机技术的内涵
• 2.2.2 虚拟样机技术的优点
• 2.2.3 虚拟样机系统的应用
• 2.3 本章小节
• 第3章 适用于人机分析的MFM模型构建
• 3.1 引言
• 3.1.1 人机工程中与肌肉力相关的分析和原则
• 3.1.2 人机分析系统中肌肉力计算存在的问题
• 3.2 生物力学中的肌肉功能模型（MFM）
• 3.3 适用于人机分析的MFM模型
• 3.4 相关人机评价在MFM中的表达
• 3.5 MFM举例计算（肩关节）
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于MFM的人机分析系统总体设计
• 4.1 引言
• 4.2 需求分析
• 4.2.1 人机分折系统工作方式分析
• 4.2.2 人机分析系统的整体效果说明
• 4.2.3 人机分析系统具体功能需求
• 4.3 人机分析系统的总体设计
• 4.3.1 人机分折系统的基本层次结构
• 4.3.2 功能模块划分
• 4.4 本章小结
• 第5章 人机分析系统核心功能层的设计方法
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟人体建模模块的设计
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 虚拟人体几何表达的实现
• 5.3 虚拟人运动系统模块的设计
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 基于MFM的虚拟人多刚体模型
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢