Human CAD人体运动仿真软件
OpenSim人体仿真建模及生物力学分析系统
OpenSim人体仿真建模及生物力学分析系统【翁天森-运动机能形态学团队】OpenSim软件是基于C++和JAVA语言为基础开发的一款应用于肌肉模型开发、模拟仿真与分析神经肌肉系统功能的开放性软件。
该软件是以肌肉-肌腱长度(lMT)、肌肉最大等长收缩力(FMO)、羽状角(α)、肌肉激活程度(a)、肌肉生理横截面积(PCSA)、肌腱松弛长度(lTsS)、最适肌纤维长度(Lmo)等肌肉形态参数为基础，建立的通用人体骨肌模型。
通过实验室测得的实验数据，对上述通用模型进行缩放，从而建立符合个体特征的个性化模型；通过逆向运动学(IK)求解，使建立的模型与人体实际状况匹配。
进而通过RRA方法，把外部力(地面反作用力)与人体惯性参数相结合，把逆向动力学计算时的误差控制到较小。
最后通过CMC改变上述的肌肉参数，如激活程度、最大等长收缩力等，并达到模拟计算的结果，从而达到计算机分析动作的要求。
仿真数据准备在OpenSim 中仿真的所有数据，都是在原始数据基础上经过加工得出的，常规运动学数据（运动轨迹、关节角度）由三维动作捕捉系统采集，动力学数据（地面反作用、压力中心）由三维测力台采集。
一、运动学数据目前一般用VICON、MOTION等红外捕捉系统，该设备主要由运动相机和数据分析软件构成。
运动相机主要用于标志点的拍摄，然后传输给分析软件计算得出人体关节的多自由度运动参数。
在拍摄动作时，给实验对象关键部位贴上固定标记点，将附着点的动态表现进行三维数字化计算，并由解析系统记录其运动学数据，包括速度、位移和加速度，当运动相机以高帧率连续拍摄时，得到的是该点的运动轨迹，这样通过在人体的解剖学标记点进行标记，就能得到每个标记点的连续空间三维坐标，从而得到整个人体的运动情况。
二、动力学数据由三维测力台采集，其工作原理是将刚体与测力台的接触视为点接触，把刚体看做是一个质点，测量这个质点在三个方向上的力Fx、Fy、Fz，该点的力矩Mx、My、Mz和压力中心。
人体肌肉与骨骼模拟软件
人体肌肉与骨骼模拟软件，人机工程学软件，计算机辅助生物力学软件AnyBody人体肌肉与骨骼模拟软件，计算机辅助生物力学与人机工程学软件：用于模拟计算人体对于环境的反应，为人机工程学产品性能改进和生物医学工程研究提供了一个新颖的平台。
AnyBody是一个用于制作人体机能模型的软件系统。
它能够计算各块肌肉和关节的受力、变形、肌腱的弹性能、反抗肌肉运动和其它对于工作中的人体有用的特性。
AnyBody人体肌肉与骨骼模拟软件广泛的应用领域介绍，1. 人体分析：人机工程学研究、反向动力学研究、步态分析；2. 轮椅设计：对身体负载研究，对不同人体设计；3. 汽车手柄、脚踏板、方向盘、座椅、安全带等的设计；4. 计划外科手术过程，制定理疗计划，康复工程研究；5. 工具、工作场所、运动器材、家具等人机工程学产品设计；6. 生物力学研究，运动适当性研究；7. 在交通工具领域的应用：轮椅设计。
大部分的轮椅使用者会感觉负载引起的肩痛。
利用AnyBody可以分析轮椅的参数对于负载情况的影响，以便对轮椅的直径、推手边缘的位置，车轴的位置和曲轴进行优化设计。
汽车出口手柄位置设计。
通过窗框上手柄位置的设置，可能使通过更便捷。
利用AnyBody可以分析出窗框上手柄位置的高低，如何影响从汽车中出去所必要消耗的能量，以便对手柄位置的高低进行优化。
汽车驾驶员脚踏板的设计。
踏板和人腿构成了一个非常复杂的机械系统，只有考虑整个系统才能评估踏板的操作性。
AnyBody可以将踏板和人体耦合在一起进行分析，以改善踏板的设计，使得在不造成驾驶员疲劳的情况下，能够更加轻松地控制汽车。
转弯驾驶分析。
汽车在转弯时会产生离心力，F1赛车的离心加速度可以超过2g。
这使得驾驶员上部肌肉处于极限状态，大大降低了对汽车的控制能力。
AnyBody可以分析由座椅、安全带和总体环境提供的支撑力带来的影响。
AnyBody在生物力学研究领域的应用：步态分析在诊断和治疗中已成为一个重要的工具。
CAD运动仿真技巧
CAD运动仿真技巧CAD（计算机辅助设计）软件是现代工程设计中不可或缺的工具之一。
其提供了丰富的功能和工具，使得设计师能够设计和模拟各种不同的产品。
其中，CAD运动仿真是一项重要的技术，可以帮助设计师预测和模拟产品在不同运动状态下的行为。
本文将介绍一些与CAD运动仿真相关的技巧，帮助读者更好地使用这一功能。
首先，了解如何创建运动仿真。
在CAD软件中，我们可以使用运动仿真工具来模拟物体的运动。
首先，选择需要进行运动仿真的对象，例如一个机械构件或一个装置。
然后，选择适当的运动学类型，如转动、平移或组合运动。
接下来，设置对象的初始位置和速度，以及其他参数，如力或摩擦系数。
最后，运行仿真，并观察物体在不同运动状态下的行为。
其次，学会使用约束和连接。
在CAD运动仿真中，可以使用约束和连接来模拟物体之间的相互作用。
例如，可以使用关节约束来模拟两个物体之间的旋转关系，如铰链和万向节。
可以使用轨迹约束来模拟物体的运动轨迹，如直线运动或圆周运动。
可以使用约束来限制物体的运动范围，以及模拟其他约束条件，如接触和碰撞。
另外，掌握数据分析和结果解读。
CAD运动仿真生成了大量的数据和结果，需要进行分析和解读。
首先，可以分析物体的运动参数，如速度、加速度和位移。
可以绘制运动曲线和图表，以便更好地理解物体的运动规律。
其次，可以进行应力和变形分析，以评估物体在运动过程中的受力情况和变形程度。
可以使用动画和可视化工具来展示仿真结果，以便更好地沟通和共享。
最后，不断练习和实践。
CAD运动仿真是一项技术活，需要不断的练习和实践才能掌握。
可以选择一些简单的案例或项目来进行仿真，逐步增加难度和复杂性。
可以参考一些教程和学习资料，了解更多的技巧和技术。
可以与其他CAD用户交流和分享经验，共同探讨和解决问题。
通过持续的实践和学习，可以逐渐提高运动仿真的能力和水平。
综上所述，CAD运动仿真是一项重要的技术，可以帮助设计师预测和模拟产品在不同运动状态下的行为。
CAD机器人仿真教程 行为与路径规划
CAD机器人仿真教程：行为与路径规划CAD机器人仿真是指利用计算机辅助设计软件（CAD）对机器人的行为和路径进行模拟和分析的过程。
在CAD机器人仿真中，行为和路径规划是非常重要的一部分，它们决定了机器人在工作环境中的表现和效率。
以下是关于CAD机器人仿真的行为与路径规划的一些建议和技巧。
行为规划是指机器人的运动和动作的规划过程。
在CAD机器人仿真中，行为规划通常包括以下几个方面：机器人的起始位置、目标位置、运动方式、速度、加速度等。
在进行行为规划时，需要考虑机器人在工作空间中的可达性、避障和碰撞检测等问题。
首先，确定机器人的起始位置和目标位置是行为规划的基础。
通过CAD软件中的工具，可以方便地选择机器人的起始位置和目标位置。
确保机器人在起始位置和目标位置之间有足够的工作空间和合适的路径。
其次，选择合适的运动方式对于行为规划至关重要。
根据机器人的类型和任务需求，可以选择直线运动、圆弧运动、旋转运动等不同的运动方式。
通过调整运动方式的参数，可以使机器人的运动更加平稳和高效。
在进行行为规划时，还需要考虑机器人的速度和加速度。
根据机器人的机械特性和工作环境的需求，选择合适的速度和加速度可以提高机器人的运动效率和精度。
在CAD软件中，可以通过调整机器人的速度和加速度参数来实现这一目标。
路径规划是指机器人在工作空间中的行进路径的规划过程。
在CAD机器人仿真中，路径规划需要考虑以下几个方面：路径的连续性、路径的最优性、路径的避障和碰撞检测等。
首先，路径的连续性是指机器人在运动过程中路径的平滑程度。
通过CAD软件中的路径规划工具，可以实现路径的连续性，使机器人的运动更加连贯和平滑。
其次，路径的最优性是指选择机器人的行进路径时应考虑的优化目标，例如最短路径、最快路径等。
通过CAD软件中的路径规划算法，可以实现路径的最优化，提高机器人的运动效率和效果。
在进行路径规划时，还需要考虑路径的避障和碰撞检测。
通过CAD软件中的路径规划工具和避障算法，可以实现机器人在工作空间中的避障和碰撞检测，保证机器人的安全运行。
主流人机工程仿真软件
Ø SoErgo SoErgo可以轻量化导入CAD大模型来创建虚拟环境，同时可以在虚拟环境中定义
精确的国标数字人体，指定其完成作业任务并利用人机工程分析工具来分析任务绩效和人 的表现。此外，SoErgo还利用虚拟现实设备与技术，将传统桌面软件的键鼠式交互变成 第一人称沉浸式交互，极大地增强了用户体验。是国内首款面向工业制造业用户的人机工 程仿真分析软件。
主要模块：数字人体创建及操纵human build、可及域reach zones、任 务分析task analys、车辆分析工具、舒适度分析comfort assessment、障碍 域分析obscuration zones、覆盖域分析coverage zones、反射域分析、视域 分析visual fields、搬运受力分析NISOH、下背部受力分析Lower back analusis、静态强度分析static strength prediction、能量消耗分析。
除了上述核心概念之外，SoErgo还支持多种虚拟现实外设，包括动作捕捉系统、 立体显示系统、数据显示头盔、生理数据采集设备、数据手套等
主要模块及功能：中国标准数字人体、任务仿真、人机工程分析和评价以及虚拟现 实功能支持。中国标准数字人体是根据中国标准化研究院提供的中国标准人体测量数据创 建的数字人体，可以满足后续场景交互、完成特定任务仿真以及人机工程分析的需要。任 务仿真包括轻量化导入CAD模型、建立虚拟的场景并且在场景中与中国标准数字人体进 行交互；人机工程分析评价包括基础性的可视性分析、可达性分析、舒适度分析，也包括 受力、疲劳、能量代谢等生理分析，同时还包括任务工时等任务分析。
Ø Siemens Tecnomatix Jack
Jack 是一款功能强大的人机仿真软件，该软件可以通过仿真技术得到 人体在不同环境中会产生怎样的反应，从而得到与实际情况tix Jack支持在特定的条件下对人体进行模 拟测试，分析出不同环境下人体的受损程度、安全威胁、生命特征、精力消 耗状态以及身体承受极限等重要的数据，在航空航天、能源开采等领域，在 产品设计、产品制造、维修保养、培训、虚拟仿真等场景应用广泛。
CAD中的人体建模和动画设计方法
CAD中的人体建模和动画设计方法CAD（计算机辅助设计）是一种在工程和设计领域广泛应用的软件工具。
在现代设计中，人体建模和动画设计是一个重要的方面，被广泛应用于电影、游戏、虚拟现实等领域。
本文将介绍在CAD中实现人体建模和动画设计的方法和技巧。
1. 人体建模人体建模是指创建一个虚拟的、符合人体解剖学结构的三维模型。
在CAD软件中，有多种方法可以实现人体建模，以下是其中两种常用的方法：- NURBS曲线：NURBS（Non-Uniform Rational B-Spline）曲线是一种用于建模的数学曲线。
通过将多个NURBS曲线组合在一起，可以创建复杂的人体形状。
这种方法的优点是可以精确地控制曲线的形状和光滑度，但需要一定的建模经验。
- 多边形建模：多边形建模是一种较为简单和常用的建模方法。
通过将许多面片（多边形）组合在一起，可以逐步构建出完整的人体形状。
这种方法的好处是易于使用和学习，但在处理复杂形状时可能不够精确。
2. 人体骨骼和运动捕捉在动画设计中，人物角色的运动是非常重要的。
为了实现逼真和自然的动画效果，需要将人体骨骼结构添加到人体模型中，并进行运动捕捉。
- 骨骼建模：通过为人体模型添加骨骼系统，可以模拟人体的关节和运动。
骨骼可以用一系列连接起来的骨骼节点来表示。
例如，可以使用笛卡尔坐标系来定义每个关节的旋转和平移。
- 运动捕捉：运动捕捉是一种技术，用于捕捉现实中人类运动，并将其应用于虚拟人体模型。
通过使用传感器、摄像机或激光扫描仪等设备，可以记录人体的运动数据，并将其转换为虚拟人物的动画。
3. 动画设计一旦创建了人体模型并添加了骨骼结构，就可以开始设计和制作动画。
- 关键帧动画：关键帧动画是一种最基本的动画技术。
通过在时间轴上选择关键帧，可以定义人体模型在不同时间点上的姿势和动作。
软件将自动在关键帧之间生成中间帧，以平滑过渡。
- 路径动画：路径动画是一种通过沿着预定路径移动人体模型来实现的动画技术。
RAMSIS简介
RAMSIS介绍RAMSIS是德语“Rechnergestütztes Anthropologisch-Mathematisches System zur Insassen-Simulation”的缩写，意思是“用于乘员仿真的计算机辅助人体数字系统”。
RAMSIS是一种用于乘员仿真和汽车人机工程设计的高效CAD工具。
该软件为工程师提供了一个详细的CAD人体模型，来模拟仿真驾驶员的行为。
它使设计者在产品开发过程的初期，在只有CAD数据的情况下就可以进行大量的人机工程分析，从而避免在以后阶段进行昂贵的修改设计。
RAMSIS在上个世纪80年代由德国凯泽斯劳腾的TECMATH股份有限公司（现在的Human Solutions股份有限公司）联合慕尼黑工业大学的人机工程学系开发。
初期RAMSIS的开发由整个德国汽车工业发起并资助。
他们的目标是，克服现存大多数二维人机工程工具SAE J826模板等的不足，在法规规定的基础上进一步提高车辆的人机工程品质。
RAMSIS已经成为汽车工业用于人机工程设计的全球标准。
目前已经被全球70％以上的轿车制造商所使用，包括Audi，Volkswagen，BMW，Porsche，DaimlerChrysler，Ford，General Motors，Honda，Mazda，Opel，Renault，Peugeot，Citroën，Rover，Saab，Volvo，Daewoo，Seat，Skoda和Fiat等等。
其中，在中国的顾客有泛亚汽车技术中心、上海大众、上海汽车、上汽乘用车、一汽大众、一汽汽研、一汽轿车、华晨金杯、奇瑞、长安汽车、上汽五菱、北汽福田、北汽研究院、海南马自达、东风汽车等。
卡车，客车，叉车等工业用车制造商，如Freightliner和Iveco、MAN Commercial Vehicles、The Liebherr Werk Ehingen GmbH等也正在使用RAMSIS。
STEPS软件介绍
谢谢！！
■ 通过用简单易懂的图形方式生成实时三维 仿真，非专业人员和设计人员均可以理解 仿真结果，这即可以定位自然的过道和首 选的出口，又可以测试补贴紧急情况下的 撤退路线和时间。
■ 通过和标准的建筑物程序设计相对比证明 STEPS是有效的， STEPS具有对疏散的仿 真和运动时间计算的能力，这与优秀的 NFPA方法和其它模拟程序相符，先进的可 视化技术也使得STEPS的使用者可以直观了 解人群的运动信息以及直接进行设计优化。
■ 正常模式 ■ 如：人流进站-买票-站台
可以安排顺序---系统矩阵 为设计者提供服务和依据
■ 紧急模式： ■ 逃生：找出口-直到找到系统出口-安全
■ 与CFX结合可以计算发生火灾时烟气流动以 及人员中毒对人员疏散的影响。
经验
■ 功能单元-做必须要的操作 ■ 显示单元-颜色、处理、美观
■ 先做功能单元，再做显示单元。 ■ 顺序：人-平面-出口-事件 ■ 添加一个检验一次
特色功能
■ 可以模拟紧急疏散，也可以模拟人群在正常情况 下的活动
■ 对常见的工业民用建筑（如厂房，机场，电影院， 地铁站等）里面的各种特点均有模块对应（如旋 转门，带斜度的台阶，电梯，地铁车厢等）
■ 基于PC，方便操作 ■ 图形界面简单易懂 ■ 可以自己创建几何，也可以读入多种形式的几何
模型
特色功能
软件原理：细胞自动控制理论、 元胞自动机
思路：仿真个体（虚拟的人）的3D离散运动
标准：NFPA美国国家火灾防护协会
实体基本属性
■ 1、自由步行速度 ■ 2、对环境的知晓 了解门、电梯的位置等 ■ 3 、耐性：习惯排队 ■ 4、家庭 ■ 5、疏散情况预先运动时间
■ 在模拟大型场所时比较好：高随机性。 ■ 小型场所需要多次模拟取平均值。
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Human CAD人体运动仿真软件
Human CAD人体运动仿真软件简介
HumanCAD人体运动仿真软件是加拿大NexGen公司产品，迄今已有20年的专业研发技能和经验，其基础构架是NexGen公司开发人员从1990年就开始研发的ManneQuin仿真软件。
HumanCAD人体运动仿真软件主要用于人体体力作业的动态、静态模拟和分析。
它拥有多个作业工具和环境组件模块。
场景逼真、实用，可以对运动和作业过程中的躯干、四肢、手腕等部位的空间位置、姿势、舒适度、作业负荷、作业效率等数据进行采集和分析，在世界范围的研究领域被广泛使用。
Human CAD人体运动仿真软件主要模块
HumanCAD V1.2主程序：实现主要的编程功能，包括导入/输出人体和实物模型、构造编程环境等。
HumanCAD ErgoTools：扩展人体模型相关的数据库，使分析功能更强大。
HumanCAD CADExchange：用于扩展软件可识别的三维模块类型，使软件兼容性更强。
使用指导书及相关资料针对教育/科研用户，指导其高效展开科研。
产品许可号：正版授权许可。
Human CAD人体运动仿真软件输出功能
可及度分析
视野分析
抬举力量分析
作业姿势评估
舒适度分析
基于用户设定的其他人体作业数据
HumanCAD人体运动仿真软件功能特点
可根据用户需求，自动生成三维人体模型。
可设置人体模型的尺寸、姿势、动作。
设计、生成产品模型，并设定其各种物理参数。
与各类相关三维建模软件都有良好接口，可实现用户自定义模型的导入与输出。
具备强大的数据分析功能，可以分析人在作业过程中的姿势、舒适度、做功等数据。
分析数据可直接导入word、xls等文件，便于后续分析。
本身带有庞大的人体参数数据库，为建模和数据分析提供权威而便捷的支持。
HumanCAD人体运动仿真软件系统要求
Windows 2000 及XP以上版本
内存1GB 以上
硬盘：1GB以上
显卡：支持3D显示。