基于结构光扫描手部软组织三维模型的准确性研究

目的设计基于结构光的手部三维扫描系统,并评估其应用于手部三维重建模型的准确性。方法通过自制结构光三维扫描系统扫描5名志愿者左手,将掌侧和背侧的三维图像拼接、封装、填充、表面光顺,后对生成的手部三维模型进行手指长度、关节周径和宽度的测量,并将测量结果与直接测量法得到的结果进行比较。结果自制结构光三维扫描系统扫描速度快(时间均为1 s),且三维手模型的外形逼真、皮纹细腻;在28项测量指标中,除示、中指背侧长度和示指远指间关节周径的差值有统计学差异(但两种测量方法所得差值均小于2.0 mm),其它测量指标的差值均在1.0 mm以内,无统计学差异。结论自制结构光三维扫描系统能快速进行手部软组织模型重建,且所重建的三维模型具有较好的准确性。

基于手部握持模型的计算机仿真研究

在手枪握持模型数据采集的基础上,阐述了手枪手部握持模型,提出了仿真算法及仿真模型的建立过程,并实现了手枪握持模型的计算机三维模拟。

航天员虚拟训练手部操作力模型建立

目的研究一种航天员虚拟训练仿真中手部操作力生成方法。方法假设影响航天员手部操作力的两个因素是合力、合力与扶栏之间夹角,通过设计模拟失重环境下力测量实验进行验证。结果数据分析检验了假设的正确性,并且建立了基于合力、合力与扶栏之间夹角的手部操作力计算模型。结论将本模型应用于航天员虚拟操作训练仿真系统,增强了系统的沉浸感和交互性。

基于矿山设备实训手部运动模型的数据手套

矿山设备实训采用虚拟现实技术互动操作真实性较差,而现有微惯性传感器式数据手套通过优化数据处理算法以减少传感器布置数量导致准确性不高。针对上述问题,在介绍人类手部结构和手部运动力学模型的基础上,分析了矿山设备实训基本动作及运动特点,提出了二指六连杆七自由度矿山设备实训手部运动模型,从而可减少微惯性传感器布置数量;基于四元数法推导了指骨位置及姿态解算算法;开发了基于矿山设备实训手部运动模型的数据手套。在手套腕部固定Tracker追踪器来获得前臂绝对坐标,在手套大拇指和食指处布置微惯性传感器以提供指骨载体坐标,并通过指骨位置及姿态解算获得指骨在导航坐标系的位置及姿态,从而实现虚拟场景手部运动姿态实时重生成。测试结果表明,矿山设备实训基本动作的最大误差为9mm,小于控件最小直径,满足矿山设备实训操作需要。

基于多线谱驱动的虚拟人手运动及约束控制

针对现有手部运动模拟控制的复杂性,通过分析人手解剖学结构及运动特性,提出了基于多线谱控制的虚拟人手运动及控制机制。针对单指运动,通过控制该指上的多条肌肉归一化收缩量,驱使单指关节的灵活运动;在多指协同运动中,由于相邻手指之间存在运动促进和制约的关系,因此要考虑其他手指的影响,根据其约束关系,控制相应的肌肉收缩,实现多指协同运动。实验表明,所建立的控制机制能较好地仿真单指及多指间的各种运动,在多线谱的控制下,能够方便快捷地仿真多种手势及手语,且运动效果逼真,手部运动自然灵活。

基于解剖学的人手肌肉建模技术

为实现仿真手在运动过程中符合人手的生理特性及运动特点,文中通过分析手的解剖结构,总结控制手部运动和形状的约束参数,采用层次建模方法,先建立用线段表示的含有约束参数的手部骨骼模型,然后在此基础上根据手部的特征横截面确定特征多边形,采用NURBS面片拟合的方法建立依附于骨骼之上的肌肉模型。此方法建立的手部模型在运动仿真过程中,手部肌肉以对应的骨骼为轴线并随着骨骼各个参数的变化而发生相应的变化,最终取得良好的仿真效果。

THE EFFECT OF POSTERIOR ELEMENT RESECTION ON THE STRESS DISTRIBUTION IN THE LUMBAR SPINEA

A three-dimensional finite element model of the lumbar motion segment was used to predict the stress distribution in lumbar spine with posterior element resection. It was shown that the stress level in all parts of the lumbar spine was elevated although the stress distribution remained unchanged. The authors concluded that the posterior element resection in lumbar surgery should be avoided as much as possible.