计算机辅助人机分析软件SAMMIE.ppt

李哲林博士/副教授TEL-mail:zhelinli,计算机辅助人机交互评估系统-SAMMIESystemforAidingManMachineInteractionEvaluation,1.1应用领域,目录,1,2,3,4,1.2基本功能,1.3操作界面,2.1数据结构,2.2建模与导入,3.1可达域分析,4.1房车分析,4.2车盲区分析,3.2可视性分析,2.3数字化人体,3.3静态力分析,SAMMIE：SystemforAidingManMachineInteractionEvaluation，英国拉夫堡大学开发，主要用于设计和评估工作场所的设计。SAMMIECAD公司从1986年开始，就为世界上超过150家公司提供了人机咨询服务，涉及300多个各行各业的项目。,图1SAMMIE团队成员图2应用领域,1.1应用领域,图8仓库布局分析与仿真,作业空间分析:各种场所中作业与空间分析，如车间布局和工位设计评估,英国海军控制中心设计与评估、英国空军主干控制中心设计/英国核潜艇核反应堆控制中心设计与评估,图10英国海军控制中心,1.1应用领域,图9车间布局分析,1.1应用领域,汽车人机咨询服务:SAMMIE为劳斯莱斯（RollsRoyce）汽车公司提供概念车方案评估；英国皇家军事学院提供车辆座椅位置和姿势的设计方案；设计了尺寸最小但可用性最高的车辆后视镜,图3SAMMIE参与设计的概念车,航空航天咨询服务:“台风”2000型战斗机控制仪表盘的设计和评估，Canadian太空舱人机性能评估，EH101概念直升机内仓人机性能评估和设计,图4战斗机机舱设计图5战斗机控制面板设计,铁路系统咨询服务:阿姆斯特丹轨道公交车设计、STIB布鲁塞尔2000型轨道车辆车厢设计、香港机场大屿山快线车厢设计、德国地铁公司的乘客评估实验、伦敦地铁车厢设计,图5座椅布局设计图6地铁残障人士设施设计,大型车辆设计咨询:公交车座椅布局的设计和评估，重型车辆视野性能评估,图7车辆视野性能评估,1.1应用领域,SAMMIE中完全控制人体模型的尺寸（人体测量学尺寸）和体型，可定制人体模型、在人体关节活动范围内移动人体的肢体和关节，模拟各种操作姿势。可达域：在工作场所中使用手或者脚可以触碰到的范围及物体。合适性：用于评估近似人群对一定限制的工作空间的合适性。工作姿势：根据人体关节的角度模拟人体工作姿势，并以此来评估人体工作姿势的可行性、舒适性和身体关节受力等。视野：根据人体视野特性模拟人体模型的视野，通过参照头部和颈部的运动，可以仿真人体实际操作过程中的视野，以此来对产品的视野性能进行评估。,1.2基本功能,1.3操作界面,鼠标左键-旋转，鼠标中键-移动，鼠标右键-缩放。,对象：标准对象（长方体、圆锥体、球体、棱柱等；导入对象；人体模型。所有对象都被赋予一个唯一能被系统识别的名称标识（不能用数字和中文）。数据结构：树状，顶端是“workplace”，任何其他对象的数据结构作为“workplace”的子对象。,2.1数据结构,坐标系统：GlobalAxisSystem、ObjectAxisSystem、LocalAxisSystem。,GlobalAxisSystem：全局坐标系，坐标系有三个轴：X，Y和Z，点0，0，0在这三个轴相交点为中心点，其坐标被称为三维空间的中心。,2.1数据结构,坐标系统：GlobalAxisSystem、ObjectAxisSystem、LocalAxisSystem。,ParentAxisSystem:父对象坐标系，其坐标原点为父对象在世界坐标系的位置点。,2.1数据结构,3对象与数据结构,坐标系统：GlobalAxisSystem、ObjectAxisSystem、LocalAxisSystem。,LocalAxisSystem，局部坐标系，是以当前对象的控制点作为坐标原点建立的坐标系。,2019年11月30日星期六,13,建模：通过基本形体组建成复杂结构,2.2建模与导入,数据导入：【File】-【Import】-【WavefrontOBJ】.在3DMax打开模型文件，在使用3DMax的导出命令导出为OBJ文件，导出时设置OBJ文件为三角形面片格式。,2.2建模与导入,Control：完成SAMMIE中模型的移动、旋转、放大/缩小等模型操作。,2.2建模与导入,人体模型（DigitalHumanModel），简称DHM，是一个包括精确的人体测量值（人体的尺寸，如身高、坐高、手臂长度等等）、体型（身体的形状）和关节灵活性（限制肢体运动的联合约束）的真实人的虚拟模型。,StickmanandNormalman,Groupmember,2.3数字化人体模型,（1）创建人体模型打开Create菜单，然后选择Human选项，弹出CreateHuman对话框，设置参数。人体模型是由18个关节点连接19个部分组成。,2.3数字化人体模型,人体样式(HumanStyle):人体样式是一种为人体模型上色的方式，这种方式允许用户模拟不同衣服而不必分别为人体模型的各个部分指定颜色。,2.3数字化人体模型,（2）身体尺寸现有的人体数据库,67usmale.sliDreyfus:男性数据(1967).美国-18岁以上的成年男性67usfem.sliDreyfus:女性数据DD1(1967).美国-18岁以上的成年女性81ukmale.sliBODYSPACE(1986).S.Pheasant,英国1965岁的男性81ukfem.sliBODYSPACE(1986).S.Pheasant,英国1965岁的女性98usmale.sliADULTDATA,DTI,(1998).美国-男性98usfem.sliADULTDATA,DTI,(1998).美国-女性类似的有:中国人,荷兰人,法国人,德国人,意大利人,日本人,瑞典人,英国人Aircrew.sli英国皇家空军2000型机组(1971).18-45岁.RAEtech.Rept.73083DEFSTAN-NBC-FIT.sli英国成年陆军(1972).18-45岁.DEFSTAN00-25ANNEXECorrectedforNBCclothing(校正坐高DD2)DEFSTAN-NBC-VIS.sli英国成年陆军(1972)18-45岁.DEFSTAN00-25ANNEXECorrectedforNBCclothing(校正眼高DD3)Defstan.sli英国成年陆军(1972)18-45岁.DEFSTAN00-25裸体测量数据,2.3数字化人体模型,（2）身体尺寸根据数据定制人体模型。,2.3数字化人体模型,（2）身体尺寸外部测量区域提供了8个栏目让用户自己来定义数据，以此来创建用户自定义的人体模型。,（3）体形（somatotyping）人体的体型按照肥胖、强壮或者瘦弱的程度予以分类，共76种。,“Endomorphy”是指又软又软的体型（肥胖）；“Mesomorphy”是指肌肉、骨骼和组织都比较强壮的体型（强壮）；“Ectomorphy”是指又瘦又脆弱的体型（瘦弱）,2.3数字化人体模型,（4）人体模型动作和姿态,2.3数字化人体模型,（4）人体模型动作和姿态(a)人体模型列表。,2.3数字化人体模型,(4)人体模型动作和姿态(b)姿态:模型当前的姿势和8中默认的姿势，如爬行、平伏、仰卧等,贴合地面（OnFloor）按钮适用于有关控制点的所选姿势，让脚放置在地面上。,2.3数字化人体模型,(4)人体模型动作和姿态(c)坐姿人体模型,2.3数字化人体模型,(4)人体模型动作和姿态(c)坐姿人体模型,2.3数字化人体模型,(5)内部人体测量数据内部人体测量（InternalAnthropometry）选项卡允许用户为不同的身体组成部分单独指定百分位数。,2.3数字化人体模型,(6)关节约束及运动允许用户查看每个关节的约束值,2.3数字化人体模型,(6)关节约束及运动关节移动体区域允许用户在关节约束下去移动人体模型的各个部分，包括摆动、偏转、扭动。,2.3数字化人体模型,(7)手指手部按钮允许用户像为身体选择姿势一样，为手部选择预定义的握拳类型或者姿势。,2.3数字化人体模型,2019年11月30日星期六,33,（1）可达点：指定一个所要到达的对象或者位置，进行位置分析。,3.1可达域,2019年11月30日星期六,34,（2）可达域包络：分析可触及的平面或者立体范围。,3.1可达域,2019年11月30日星期六,35,（1）视锥体(conesofview)（2）直接视野(directview)（3）间接视野(indirectview),3.2可视性分析,1.Deering-SunMicrosystemMichaelF.Deering教授的研究成果，Sun系统公司,（1）视锥体,人体眼球示意图人体分别图形能力划分,3.2可视性分析,1.Deering-SunMicrosystemMichaelF.Deering教授的研究成果，Sun系统公司,（1）视锥体,3.2可视性分析,1.Deering-SunMicrosystemMichaelF.Deering教授的研究成果，Sun系统公司,（1）视锥体,3.2可视性分析,2Kroemer+Grandjean,（1）视锥体,基于Hill和Kroemer与1986年的研究成果开发的视锥体。,3.2可视性分析,3.Field-Wikipedia用户在试验中心感觉到的可以观察到的空间区域,（1）视锥体,3.2可视性分析,2019年11月30日星期六,41,(2)直接视野,3.2可视性分析,2019年11月30日星期六,42,（2）直接视野,创建路径,3.2可视性分析,2019年11月30日星期六,43,2、直接视野,孔径投影,3.2可视性分析,2019年11月30日星期六,44,（3）间接视野,3.2可视性分析,2019年11月30日星期六,45,（3）间接视野,创建镜子,3.2可视性分析,2019年11月30日星期六,46,3、间接视野,镜面投影,3.2可视性分析,SAMMIE提供了一些简单的指标来评估脊柱底部的负载和对脊柱运动起主要作用的竖脊肌的受力情况。,3.3静态力分析,2019年11月30日星期六,48,BiomechanicalAnalysis）生物力学分析只在Human对象起作用，为了分析的准确需要设置许多信息。,首先要设置的是Human体重。ErectorSpinaeoffset（竖脊肌）栏指关于脊椎底部的竖脊肌的活动，通常我们设置为50到60mm设置两手的负重。,2019年11月30日星期六,49,点击“Calculate”计算,计算结果：指出模型的COG（重心）的坐标为(-4.9,0,978)；DiscCompression（间盘压力）为902.42N；ExertedbytheErectorSpinae（竖脊肌受力）为80.83N；DiscShear（间盘剪切力）是0N。,3.3静态力分析,2019年11月30日星期六,50,可改变human的姿势和负重重新计算受力状态。,调整关节角度，改变姿势。,改变体重和负重,3.3静态力分析,4案例介绍,2019年11月30日星期六,51,4.1房车分析4.2汽车盲区分析,作业1,2019年11月30日星期六,52,汽车驾驶员行为分析与驾驶室空间分析-以宝来汽车为例（1）驾驶员行为分析（2）交互界面：基本：座椅、方向盘、油门、刹车、离合器、档位拨杆；辅助：空调、音响等（3）核心：人体-百分位,要求：（1）两人一组，下次课讨论，然后改进；（2）提交word文档分析报告，建立汽车模型，进行操作域分析。,2019年11月30日星期六,53,练习题：宿舍或地铁等空间分析,要求：（1）两人一组，下次课讨论，然后改进；（2）提交word文档，包含行为分析、触及范围分析；,作业2,2019