計算機輔助人機分析軟件SAMMIE

李哲林博士/副教授TEL-mail:zhelinli@計算機輔助人機交互評估系統(tǒng)-SAMMIE

SystemforAidingManMachineInteractionEvaluation1.1應(yīng)用領(lǐng)域目錄SAMMIE簡介數(shù)據(jù)與對象分析功能案例介紹12341.2基本功能1.3操作界面2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.2建模與導(dǎo)入3.1可達域分析4.1房車分析4.2車盲區(qū)分析3.2可視性分析2.3數(shù)字化人體3.3靜態(tài)力分析SAMMIE：SystemforAidingManMachineInteractionEvaluation，英國拉夫堡大學(xué)開發(fā)，主要用于設(shè)計和評估工作場所的設(shè)計。SAMMIECAD公司從1986年開始，就為世界上超過150家公司提供了人機咨詢服務(wù)，涉及300多個各行各業(yè)的項目。圖1

SAMMIE團隊成員圖2應(yīng)用領(lǐng)域1.1應(yīng)用領(lǐng)域圖8倉庫布局分析與仿真

作業(yè)空間分析

:各種場所中作業(yè)與空間分析，如車間布局和工位設(shè)計評估…

英國海軍控制中心設(shè)計與評估、英國空軍主干控制中心設(shè)計/英國核潛艇核反應(yīng)堆控制中心設(shè)計與評估…圖10英國海軍控制中心

1.1應(yīng)用領(lǐng)域圖9車間布局分析1.1應(yīng)用領(lǐng)域

汽車人機咨詢服務(wù):

SAMMIE為勞斯萊斯（RollsRoyce）汽車公司提供概念車方案評估；英國皇家軍事學(xué)院提供車輛座椅位置和姿勢的設(shè)計方案；設(shè)計了尺寸最小但可用性最高的車輛后視鏡…圖3SAMMIE參與設(shè)計的概念車

航空航天咨詢服務(wù):“臺風(fēng)”2000型戰(zhàn)斗機控制儀表盤的設(shè)計和評估，Canadian太空艙人機性能評估，EH101概念直升機內(nèi)倉人機性能評估和設(shè)計…圖4戰(zhàn)斗機機艙設(shè)計

圖5戰(zhàn)斗機控制面板設(shè)計

鐵路系統(tǒng)咨詢服務(wù):阿姆斯特丹軌道公交車設(shè)計、STIB布魯塞爾2000型軌道車輛車廂設(shè)計、香港機場大嶼山快線車廂設(shè)計、德國地鐵公司的乘客評估實驗、倫敦地鐵車廂設(shè)計……圖5座椅布局設(shè)計

圖6地鐵殘障人士設(shè)施設(shè)計大型車輛設(shè)計咨詢:公交車座椅布局的設(shè)計和評估，重型車輛視野性能評估…圖7車輛視野性能評估1.1應(yīng)用領(lǐng)域SAMMIE中完全控制人體模型的尺寸（人體測量學(xué)尺寸）和體型，可定制人體模型、在人體關(guān)節(jié)活動范圍內(nèi)移動人體的肢體和關(guān)節(jié)，模擬各種操作姿勢?！た蛇_域：在工作場所中使用手或者腳可以觸碰到的范圍及物體。·合適性：用于評估近似人群對一定限制的工作空間的合適性?！すぷ髯藙荩焊鶕?jù)人體關(guān)節(jié)的角度模擬人體工作姿勢，并以此來評估人體工作姿勢的可行性、舒適性和身體關(guān)節(jié)受力等?！ひ曇埃焊鶕?jù)人體視野特性模擬人體模型的視野，通過參照頭部和頸部的運動，可以仿真人體實際操作過程中的視野，以此來對產(chǎn)品的視野性能進行評估。

1.2基本功能1.3操作界面鼠標左鍵-旋轉(zhuǎn)，鼠標中鍵-移動，鼠標右鍵-縮放。

對象：標準對象（長方體、圓錐體、球體、棱柱等；

導(dǎo)入對象；

人體模型。所有對象都被賦予一個唯一能被系統(tǒng)識別的名稱標識（不能用數(shù)字和中文）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：樹狀，頂端是“workplace”，任何其他對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為“workplace”的子對象。2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標系統(tǒng)：GlobalAxisSystem、ObjectAxisSystem、LocalAxisSystem。GlobalAxisSystem：全局坐標系，坐標系有三個軸：X，Y和Z，點0，0，0在這三個軸相交點為中心點，其坐標被稱為三維空間的中心。2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標系統(tǒng)：GlobalAxisSystem、ObjectAxisSystem、LocalAxisSystem。ParentAxisSystem:父對象坐標系，其坐標原點為父對象在世界坐標系的位置點。2.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3對象與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標系統(tǒng)：GlobalAxisSystem、ObjectAxisSystem、LocalAxisSystem。LocalAxisSystem，局部坐標系，是以當前對象的控制點作為坐標原點建立的坐標系。25十一月202313建模：通過基本形體組建成復(fù)雜結(jié)構(gòu)2.2建模與導(dǎo)入數(shù)據(jù)導(dǎo)入：【File】->【Import】->【W(wǎng)avefrontOBJ】.

在3DMax打開模型文件，在使用3DMax的導(dǎo)出命令導(dǎo)出為OBJ文件，導(dǎo)出時設(shè)置OBJ文件為三角形面片格式。2.2建模與導(dǎo)入Control：完成SAMMIE中模型的移動、旋轉(zhuǎn)、放大/縮小等模型操作。2.2建模與導(dǎo)入人體模型（DigitalHumanModel），簡稱DHM，是一個包括精確的人體測量值（人體的尺寸，如身高、坐高、手臂長度等等）、體型（身體的形狀）和關(guān)節(jié)靈活性（限制肢體運動的聯(lián)合約束）的真實人的虛擬模型。StickmanandNormalmanGroupmember2.3數(shù)字化人體模型（1）創(chuàng)建人體模型打開Create菜單，然后選擇Human選項，彈出CreateHuman對話框，設(shè)置參數(shù)。人體模型是由18個關(guān)節(jié)點連接19個部分組成。2.3數(shù)字化人體模型人體樣式(HumanStyle):人體樣式是一種為人體模型上色的方式，這種方式允許用戶模擬不同衣服而不必分別為人體模型的各個部分指定顏色。2.3數(shù)字化人體模型（2）身體尺寸現(xiàn)有的人體數(shù)據(jù)庫67usmale.sliDreyfus:男性數(shù)據(jù)(1967).美國-18歲以上的成年男性67usfem.sliDreyfus:

女性數(shù)據(jù)[DD1]

(1967).美國-18歲以上的成年女性81ukmale.sliBODYSPACE(1986).S.Pheasant,英國19—65歲的男性81ukfem.sliBODYSPACE(1986).S.Pheasant,英國19—65歲的女性98usmale.sliADULTDATA,DTI,(1998).美國-男性98usfem.sliADULTDATA,DTI,(1998).美國-女性類似的有:中國人,荷蘭人,法國人,德國人,意大利人,日本人,瑞典人,英國人Aircrew.sli英國皇家空軍2000型機組(1971).18-45歲.RAEtech.Rept.73083DEFSTAN-NBC-FIT.sli英國成年陸軍(1972).18-45歲.DEFSTAN00-25ANNEXECorrectedforNBCclothing(校正坐高[DD2]

)DEFSTAN-NBC-VIS.sli英國成年陸軍(1972)18-45歲.DEFSTAN00-25ANNEXECorrectedforNBCclothing(校正眼高[DD3]

)Defstan.sli英國成年陸軍(1972)18-45歲.DEFSTAN00-25裸體測量數(shù)據(jù)2.3數(shù)字化人體模型（2）身體尺寸根據(jù)數(shù)據(jù)定制人體模型。2.3數(shù)字化人體模型（2）身體尺寸外部測量區(qū)域提供了8個欄目讓用戶自己來定義數(shù)據(jù)，以此來創(chuàng)建用戶自定義的人體模型。。（3）體形（somatotyping）人體的體型按照肥胖、強壯或者瘦弱的程度予以分類，共76種?！癊ndomorphy”是指又軟又軟的體型（肥胖）；“Mesomorphy”是指肌肉、骨骼和組織都比較強壯的體型（強壯）；“Ectomorphy”是指又瘦又脆弱的體型（瘦弱）2.3數(shù)字化人體模型（4）人體模型動作和姿態(tài)2.3數(shù)字化人體模型（4）人體模型動作和姿態(tài)(a)人體模型列表。2.3數(shù)字化人體模型(4)人體模型動作和姿態(tài)(b)姿態(tài):模型當前的姿勢和8中默認的姿勢，如爬行、平伏、仰臥等貼合地面（OnFloor）

按鈕適用于有關(guān)控制點的所選姿勢，讓腳放置在地面上。2.3數(shù)字化人體模型(4)人體模型動作和姿態(tài)(c)坐姿人體模型

2.3數(shù)字化人體模型(4)人體模型動作和姿態(tài)(c)坐姿人體模型

2.3數(shù)字化人體模型(5)內(nèi)部人體測量數(shù)據(jù)內(nèi)部人體測量（InternalAnthropometry）

選項卡允許用戶為不同的身體組成部分單獨指定百分位數(shù)。

2.3數(shù)字化人體模型(6)關(guān)節(jié)約束及運動允許用戶查看每個關(guān)節(jié)的約束值2.3數(shù)字化人體模型(6)關(guān)節(jié)約束及運動關(guān)節(jié)移動體區(qū)域允許用戶在關(guān)節(jié)約束下去移動人體模型的各個部分，包括擺動、偏轉(zhuǎn)、扭動。2.3數(shù)字化人體模型(7)手指手部按鈕允許用戶像為身體選擇姿勢一樣，為手部選擇預(yù)定義的握拳類型或者姿勢。2.3數(shù)字化人體模型25十一月202333（1）可達點：指定一個所要到達的對象或者位置，進行位置分析。3.1可達域25十一月202334（2）可達域包絡(luò)：分析可觸及的平面或者立體范圍。3.1可達域25十一月202335（1）視錐體(conesofview)（2）直接視野(directview)（3）間接視野(indirectview)3.2可視性分析1.Deering-SunMicrosystemMichaelF.Deering教授的研究成果，Sun系統(tǒng)公司（1）視錐體

人體眼球示意圖

人體分別圖形能力劃分3.2可視性分析1.Deering-SunMicrosystemMichaelF.Deering教授的研究成果，Sun系統(tǒng)公司（1）視錐體3.2可視性分析1.Deering-SunMicrosystemMichaelF.Deering教授的研究成果，Sun系統(tǒng)公司（1）視錐體

3.2可視性分析2Kroemer+Grandjean（1）視錐體基于Hill和Kroemer與1986年的研究成果開發(fā)的視錐體。3.2可視性分析3.Field-Wikipedia用戶在試驗中心感覺到的可以觀察到的空間區(qū)域（1）視錐體3.2可視性分析25十一月202341(2)直接視野3.2可視性分析25十一月202342（2）直接視野創(chuàng)建路徑3.2可視性分析25十一月2023432、直接視野孔徑投影3.2可視性分析25十一月202344（3）間接視野3.2可視性分析25十一月202345（3）間接視野創(chuàng)建鏡子3.2可視性分析25十一月2023463、間接視野鏡面投影3.2可視性分析SAMMIE提供了一些簡單的指標來評估脊柱底部的負載和對脊柱運動起主要作用的豎脊肌的受力情況。3.3靜態(tài)力分析25十一月202348BiomechanicalAnalysis）生物力學(xué)分析只在Human對象起作用，為了分析的準確需要設(shè)置許多信息。首先要設(shè)置的是Human體重。ErectorSpinaeoffset（豎脊?。谥戈P(guān)于脊椎底部的豎脊肌的活動，通常我們設(shè)置為50到60mm設(shè)置兩手的負重。25十一月202349點擊“Calculate”計算計算結(jié)果：指出模型的COG（重心）的坐標為(-4.9,0,978)；DiscCompression（間盤壓力）為902.42N；ExertedbytheErectorSpinae（豎脊肌受力）為80.83N；DiscShear（間盤剪切力）是0N。3.3靜態(tài)力分析25十一月202350可改變human的姿勢和負重重新計算受力狀態(tài)。調(diào)整關(guān)節(jié)角度，改變姿勢。改變體重和負重3.3靜態(tài)力分