虚拟人手模拟有望为假肢

无论我们做什么手-达到,抓住或操纵物体-看起来总是很简单。但是,您的手是人体最复杂,最重要的部分之一。尽管如此,人们对手的基本解剖结…

无论我们做什么手-达到,抓住或操纵物体-看起来总是很简单。但是,您的手是人体最复杂,最重要的部分之一。

虚拟人手模拟有望为假肢

尽管如此,人们对手的基本解剖结构的复杂性了解甚少,因此,长期以来,动画化人类的手一直被认为是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。

这是因为直到现在为止,都无法捕捉到手的内部运动。

USC研究人员团队使用磁共振成像(MRI)和受视觉效果行业启发的技术,由两名计算机科学家和一名放射科医生组成,他们开发了世界上最逼真的人手运动中的肌肉骨骼系统模型。

肌肉骨骼系统包括肌肉,骨骼,肌腱和关节。突破不仅对计算机图形学有影响,而且对修复,医学教育,机器人技术和虚拟现实也有影响。

研究合著者安德鲁(Andrew)和厄尔纳·维特比(Erna Viterbi)早期职业生涯的作者Jernej Barbic说:“手非常复杂,但是在进行这项工作之前,没有人建立过精确的计算模型来说明手内部的解剖结构如何运动。”计算机科学系主任兼副教授。

设计更好的假肢

为了解决这个问题,计算机动画和基于物理的模拟专家Barbic和他的博士生Bohan Wang是该研究的主要作者,与Keck医学院临床放射学副教授George Matcuk医学博士合作南加州大学。结果:最精确的基于解剖学的手运动模型。

Matcuk说:“这是目前可用的最准确的手动画模型,并且是第一个结合对手的表面特征进行激光扫描并结合基于MRI的底层骨骼装配模型的模型。”

除了为经常暴露于手部的计算机游戏和CGI电影创建更逼真的手外,该系统还可用于假肢中,以设计更好的手指和假肢。

巴比奇说:“了解内部手部解剖学的动作,为外观和行为像真实手的受生物启发的机械手打开了大门。”

“在不远的将来,这项工作可能有助于解剖学上现实的手的发展和手假体的改进。”

这项名为“使用稳定磁共振成像的手建模和仿真”的研究在ACM SIGGRAPH上进行了介绍。

长期的挑战

为了改善真实感,虚拟手的建模应类似于生物手,这需要建立真实的人类手的精确解剖和运动学模型。但是我们仍然对骨骼和肌肉如何在手内运动知之甚少。

原因之一是,到目前为止,还没有方法来系统地获取内部手部解剖结构的运动。尽管MRI扫描仪可以提供解剖学细节,但仍存在以前未解决的实际挑战:必须将手完全静止地放在扫描仪中约10分钟。

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