基于Jack的逼真化虚拟人运动编辑技术研究

针对人机工程仿真中虚拟人运动的逼真性问题,提出一种基于视域约束和平衡约束相结合的运动编辑方法。通过运动数据映射将BVH格式运动捕获数据重定向到Jack角色模型上,采用视域约束使虚拟人视线跟踪操作物体,采用平衡约束对虚拟人行走过程进行编辑,保证虚拟人操作手眼协调,且具有一定的物理逼真性。仿真结果表明,该方法可以提高数据的重用性,实现虚拟人的手眼协调,提高人机工程仿真中虚拟人运动的逼真性。     

虚拟人自适应行为的多Agent协调控制算法

提出了基于Multi-Agent的虚拟人自适应行为控制算法.算法定义了模糊多目标人体舒适度评估模型,设计了行为协调的控制机制,将行为规划问题转化为分阶段的最优化问题.由于良好的工作姿态是人在生理上多方面利益互相妥协的结果,所以纳什均衡理论被用于控制姿态优化,使得虚拟人各方面的舒适度能够达到纳什均衡下的帕雷托最优.本算法可以支持连续的行为仿真,协助完成产品的人机工程分析.     

面向轨道装备的可视化人因综合仿真分析平台研究

目的提出一个集研究作业人员行为、作业设备和作业环境于一体的可视化人因综合仿真分析平台,为轨道装备设计方案提供直观可视、可重复的人体工程学评估手段。方法通过研究分析行为观察系统、运动捕捉系统、肌电测试系统、JACK虚拟人仿真系统和CAD设计及建模系统的功能及匹配性,构建能将真人作业虚拟化,能对虚拟动素进行评估,能对设计方案进行可视化人因适配分析,能生成虚拟人作业数据等功能的可视化人因综合仿真分析平台,并用案例论证了该平台的有效性。结论该平台适合用于轨道车辆、一些大型装备及相关工作空间设计方案的人体工效学评估。     

军用工效虚拟人研究进展

武器装备的仿真设计与仿真评价有利于实现装备工效学设计精细化发展。随着科学技术的不断变革,作为工效仿真过程中的核心单元——军用工效虚拟人成为研究的基础和重点。本文针对近年来装备仿真对军用工效虚拟人的特殊需求,在调研国内外军用工效虚拟人的建模研究进展和实际应用现状的基础上,分析总结了工效虚拟人模型构建的研究难点和关键技术,并对未来军用工效虚拟人的发展前景进行展望。     

基于参数化动作描述的虚拟维修过程仿真

在虚拟人执行维修动作的过程中,参数化动作描述起到了虚拟人动作和自然语言维修指令之间的桥梁作用,是为了规范虚拟人执行维修任务动作。论文在参数化动作描述和智能虚拟维修训练环境的基础上,构建了维修任务分解模型和动作库;以参数化动作描述为基础,提出了用于3D虚拟人维修动作仿真的虚拟维修实时执行层次结构。最后,通过某型起落架维修任务对参数化动作和仿真架构可行性进行验证,结果表明,基于参数化动作描述描述的动作库可以很方便的进行维修过程仿真。     

一种基于限时梯度投影法的虚拟人运动生成方法

为在低端计算平台上实现实时的虚拟人运动仿真,提出了一种基于限时梯度投影法的虚拟人运动生成方法。不同于传统的基于Jacobian 矩阵广义逆的逆向运动学方法,该方法在合成末端效应器运动轨迹的基础上,通过将逆向运动学问题转变为约束非线性规划问题,有效克服了计算Jacobian 矩阵广义逆所导致的计算复杂度高、多解及奇异性等问题。同时,通过动态调整系统每帧的规划时间,可同时达到非线性函数局部线性化和限时求解的双重目的。文章最后以人体行走运动为例,在PC 平台上实现了一个虚拟人的行走运动仿真系统。     

面向军用电子装备的人机工程仿真交互平台

目的建立一个沉浸式的人机工程仿真平台,用于对军用电子装备的人机工程分析提供科学的验证场所和高效的验证平台。方法将光学全身动作捕捉系统ART(先进实时跟踪)、虚拟现实系统HTC VIVE、沉浸式立体投影设备、以及桌面级人机工程仿真软件西门子Jack,并结合工作站、显示器、及接口程序进行有机的连接和集成。结果运用人机工程学仿真分析方法,以某军用电子方舱为实例对平台的仿真交互能力进行验证,系统运行流畅,数据传输准确,显示效果良好,延时率低,满足使用要求。结论该人机工程仿真交互平台,可提供接近实际操作的直观体验,同时改进产品在可达性、维修性、舒适性、安全性等方面的人机工程问题。     

工作系统人机工程设计基本要求

工作系统的设计和评价应包括技术方面和人机工程方面。文章概述了对工件系统人机工程设计的基本要求,包括：按人的生理、心理特点设计,人机接口设计,作业环境设计,人机系统总体设计。     

基于虚拟仿真与TRIZ的产品人机工程问题解决方法研究

为了快速准确地解决产品的人机工程问题,提升产品的人机性能,提出了一种基于虚拟仿真与TRIZ （Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch,发明问题解决理论）的人机工程问题解决方法。首先,利用虚拟仿真工具对产品的人机性能进行评估,根据所得的人体数据进行产品区域关联,确定存在人机工程问题的产品区域,并利用功能模型和因果分析找到产生人机工程问题的根原因。然后,根据产品人机工程设计案例及专家问卷调查结果,构建TRIZ标准工程参数与人机工程设计准则关联表,并通过该关联表和TRIZ冲突分析工具获取可解决产品人机工程问题的设计方案;基于理想度概念,提出产品人机性能理想度评估方法,并对得到的设计方案进行评价,从而确定最佳设计方案。将提出的方法应用于电动曲线锯人机工程问题解决实例,既快速解决了问题,又提升了电动曲线锯的易用性。结果表明,所提出的方法能够提高产品创新设计效率及其人机性能,可为产品人机工程问题的解决提供一种新思路。     

基于公共交通型自动扶梯客伤的人机分析与研究

目的基于公共交通型自动扶梯所发生的伤亡事件,研究扶梯客伤事故中几种不合理的人机关系。方法运用儿童人体尺寸参数的统计分析、人机视觉规律计算方法、人体尺寸数据、虚拟人技术等人机工程分析方法。对自动扶梯中不合理的安全距离、不足的辨识度、不合理的零部件尺寸以及扶梯的人机设计缺乏动态设计等方面进行了人机关系的分析与研究。结论得出自动扶梯安全人机尺寸,并针对自动扶梯的设计和检验提出建议。     

虚拟环境中最佳观察视场角的实验研究

虚拟环境视场角的设置对其能否真实地模拟现实场景和被试者对其中目标判断 (即大小和角度判断 )有很大的影响 ,为此文章进行了最佳的观察视场角的实验研究。首先选定被试并在基于PC平台的虚拟现实工效学实验系统上进行一定人次的预实验 ,确定虚拟环境中进行实验时观察任务的差别和视场角的影响等级 ,然后 4 5名被试头戴头盔进行单因素、4水平的完全随机实验。方差分析表明 ,虚拟环境中视场角设置对人的判断工效具有显著性影响 ,同时 ,当视场角为 6 0°时 ,被试对其中目标判断的准确性最大。因此 ,利用VR技术进行工效设计、操作训练或其他任务的研究时 ,应考虑视场角的作用 ,它的值宜取 6 0° ,这时对人的判读工效较为有利     

基于 JACK的老年人下肢屈伸康复系统绩效仿真分析

通过人机工效仿真测评,得到老年人下肢康复行为的人机工程设计数据,为康复训练产品设计的优化提供参数化支撑和方向性指导。根据现有康复产品,建立康复虚拟环境,创建虚拟数字老年人体模型,定义老年身体形态和生理参数,将虚拟数字老年人体模型与虚拟康复环境结合,输入康复任务,分析老人康复操作任务的流程,对老人康复行为进行人机工效虚拟仿真。通过对老年人下肢康复系统的人机工效虚拟仿真测评,得到大量仿真数据,从而发现系统存在的不足和潜在的风险,为改进其设计提供依据。通过仿真分析有助于康复产品真正做到安全、健康、有效,从本质上提升康复训练系统的可用性。     

Motion generation and virtual simulation in a digital environment

The growing complexity in product design and manufacturing processes has made virtual prototyping an important new approach that enhances products and process development. Considering the ergonomic issues evident in product lifecycles, digital human modelling (DHM) is adopted for virtual simulation and proactive evaluation. A motion generation from semantics (MGS) system is proposed in this research. The MGS system features include virtual prototyping, natural language instruction, a method time measurement (MTM) translator and motion generator. The system was implemented using product lifecycle management (PLM) software and validated in an automotive manufacturing company. The practice of intuitively generating manual operations and conducting virtual simulations enables the system planners to quickly respond to manufacturing process changes and recursively improve the tooling and process design flexibility and efficiency.     

空间站卫生间人机仿真评估与实践

目的 对空间站卫生间的人机关系进行分析,评价其人机工效,为空间站卫生间人机工程评价、设计优化提供理论方法和技术支持。方法 以DELMIA软件为分析工具,在对空间站卫生间环境建模后,导入航天飞行乘员人体尺寸模型,构建人机仿真虚拟场景。将空间站卫生间如厕过程分解,调整人体模型的如厕姿态及舒适角度范围,对空间站卫生间可达可视域进行判别,开展空间站卫生间如厕姿态舒适性仿真分析与评价。结果 仿真结果显示虚拟航天成员如厕各阶段姿态可达性、可视性、舒适性均满足人机工程学需求。结论 该空间站卫生间能为航天乘员提供一个舒适的如厕环境,其总体结构与布局符合人机工程学设计原则。     

Developing and validating theory in ergonomics science

This article conceptualises a new multidisciplinary field by establishing the elements of an ‘ergonomic system’ (human beings, physical space and object/machine) and defining the term ‘surroundings’ (PESTE factors) while emphasising the ecological aspects of human activities. The definition of ergoecology is explained by an etymological analysis of the names of the contributing disciplines (ergonomics and ecology). The new multidiscipline combines and extends the scope of the two foundational disciplines using new principles, notions and concepts, such as ‘built environment’, ‘surroundings’, ‘ergoecology’, ‘ecoefficiency’ and ‘ecoproductivity’. The aim of ergoecology is to provide tools for confronting twenty-first century challenges. In line with the sustainability movement, we believe in the importance of using ecologic and ergonomic perspectives (in their broadest sense) to develop action aimed towards environmental preservation and the development of sustainable products, processes and service designs.     

Ergonomic design of refrigerated display units

This paper presents a methodological approach to evaluate ergonomic issues of refrigerated display units. It is based on the use and integration of virtual human models with virtual prototyping techniques in order to support and optimize the product development process. The methodology has been investigated simulating the behaviour of two users’ categories (customers and operators), which have different roles, needs, and ways of interaction with the machinery. Regarding customers, aspects related to reach capability and visibility were analyzed and quantified. For the operators, two typical tasks were analyzed (loading a unit and serving a customer), evaluating postures and movements respect to requirements established by international standards to reduce health risks. Ergonomic simulations were carried out varying unit type and configuration (number and types of shelves, etc.), manikin size and packed food (sizes and weight).     

多约束下的载人潜器舱内计算机辅助工效设计系统研究

为了能使载人潜器舱内工效设计人员加深对多约束条件下舱内人员的生理、心理和环境约束条件的理解,有效地辅助设计方案的智能生成与优化.提出了基于虚拟人体模型参数作为布局设计解空间的参数获取方法、基于遗传算法的舱内人-机界面布局设计方案计算智能求解方法、基于知识推理的舱内色彩工效设计方案获取方法和基于粒子群算法的载人舱工效设计方案智能优化方法,以此为基础,应用UG二次开发和数据库技术,开发了载人潜器舱内人机工效设计计算机辅助系统.通过设计实例的人机工效布局和色彩设计与方案优化验证了该系统的可行性.     

Modular course provision for professional ergonomists with micro- and macro-ergonomic design competency in the system ‘human being–technology–organization’

Ergonomics intends to convey the fundamental knowledge which is necessary to utilize existing design possibilities in human–machine systems and human–computer interaction, whilst taking abilities and limitations of people into consideration. This is, of course, true for developers, designers and production engineers alike, since, e.g. mechanical engineers need to develop and design instruments and tools, devices and facilities, as well as production equipment and to carry the responsibility for the products they create. Even though within a ‘scientific community’, a canon of generally accepted knowledge and skills for a specific discipline exists—what is taught and which areas of research are followed at the diverse ergonomics divisions are, to some degree, matters of personal choice of the university professors. This may, on the one hand, lead to the consequence that the inter-disciplinary goal of ergonomics may be somewhat neglected. Additionally, the scope and importance of ergonomics in the curriculum vary from university to university, irrespective of how important ergonomics may be in the education. On the other hand, the possibility to combine the various strengths of differing centres of excellence offers an extraordinary opportunity for the development of a comprehensive qualification. In light of this rather heterogeneous situation in the ergonomics field, modular course offerings in the form of inter-university co-operation have been developed, enabling micro- as well as macro-ergonomic design competency in the system ‘human being–technology–organization’ to be able to be conveyed to the student. The first step was to define and describe core modules which, in terms of content and quantity of material, must be considered fundamental elements of a well-founded education in the subject. Dependent on an individual's needs and previous knowledge, optional specialization modules are then offered in addition to this foundation. Personal preferences or ‘schools’ should not play a major role in the design of individual modules, rather the defining factors should be the needs of the ergonomist in practice, as well as a certain ergonomic ‘self-confidence’ and a challenging systems ergonomic requirement, which must be based not solely on simple point-scoring improvements in a work system but rather on a holistic view of the problem. Circumspect action and often profound thought, in the sense of ‘human factors engineering’, is required in order to achieve an optimal solution for the use of human capital, given the typical complexity of the circumstances. Considering the rather strong legal-normative foundation of ergonomics which has developed, an increased demand from businesses for the availability of well-founded ergonomic knowledge and design competency can be assumed.     

基于DELMIA的民机内饰虚拟维修仿真与评价方法

目的 针对传统民机内饰维修困难且成本大的问题,构建民机虚拟维修仿真与评价体系,提出基于DELMIA的虚拟维修仿真与评价优化方法。方法 首先对维修任务仿真动作进行分解,并对维修操作阶段进行划分,根据不同阶段动作进行特性分析,完成操作区的划分;其次针对不同区域再次进行维修动作类型的划分,按照不同类型分别进行虚拟仿真操作;再次基于DELMIA仿真结果中提取的关键帧进行各指标分析,得到单项评估的结果;最后基于MATLAB平台完成上述多种人机因素的综合评估权重向量并计算出各关键帧结果,输出人机工效综合评估可视图和报告,给出可优化方向。结果 依靠项目支撑对某型号民机内饰行李箱维修仿真进行案例验证,表明该方法能够系统地完成民机内饰典型部件的维修仿真分析任务,并给出明确的维修优化方向。结论 新方法体系的提出有助于民机内饰虚拟维修仿真的效率及综合评估可靠性的提高。