Jack
Embermodell és szimuláció
A Jack embermodellezésre és -szimulációra alkalmas szoftvermegoldás, amely segíti a különböző iparágakba tartozó szervezeteket a terméktervek ergonómiájának javításában és a munkahelyi feladatok finomításában.
Jack alkalmazásával önnek lehetősége nyílik:
- Virtuális környezet felépítésére,
- Virtuális ember létrehozására,
- Az ember alkatának és méreteinek meghatározására,
- Az ember elhelyezésére a megépített környezetben,
- Feladatok kiadására a virtuális emberek számára,
- A virtuális emberek viselkedésének elemzésére.
- A Jack segítségével nyert információk lehetővé teszik a biztonságosabb, ergonomikusabb termékek, munkahelyek és folyamatok gyorsabb, és költségtakarékosabb létrehozását.
JACK_VISION_ANALYSIS.AVI
1. lépés: Virtuális környezet felépítése
A Jack, azon felül, hogy egy hatékony embermodellező eszköz, egy erőteljes interaktív, valós idejű vizuális szimuláció végrehajtására alkalmas megoldás is. A szoftverbe a virtuális környezet felépítésére CAD adatok importálhatók, illetve a szoftver segítségével is létrehozhatók saját modellek, amelyekben az objektumok szabadon mozgathatók, a kamera nézetek dinamikusan módosíthatók, valamint speciális effektusok is alkalmazhatók annak érdekében, hogy a jelenet még valósághűbb legyen.CAD modellek importálása – A Jack képes vrml, iges, stl és Inventor (iv) fájlformátumú 3D modellek beolvasására. Ezenfelül, a szoftver olyan lehetőséget nyújt, melynek segítségével csökkenthető a CAD adatok mennyisége a modellek optimalizálásához, amelyek ezáltal jól alkalmazhatók valós idejű szimulációk végrehajtása során. A különböző OpenGL Optimalizáló eszközök drámaian lecsökkentik a modellben a sokszögek számát a reális, valószerű szimuláció végrehajtásához igényelt pontosság megtartása mellett.
Geometria létrehozása Jackben – A Jack lehetővé teszi a modellek felépítését az alapvonalak megrajzolásától egészen a teljes tervrajz elkészítéséig. Lehetőség van geometriai alaptestek- például kockák, gömbök, hengerek és kúpok létrehozására.Ezen alaptestek egyes részei módosíthatók, alakíthatók, összevonhatók, ezáltal olyan komplex darabok megjelenítésére is lehetőség van, mint például szerszámgépek, vagy járművek. Ezeken kívül a Jack számos alapeszközt, szerszámot is tartalmaz (kalapács, fogók, létra, zárak, fűrész, csavarhúzó, csavarkulcs, stb.).
Realisztikus környezet létrehozása – A Jack renderelési lehetőségei nagymértékben segítik a felhasználót a virtuális környezet valószerűbbé tételében.
A Jackben nagyon egyszerű a nézet módosítása; a kamera az egérgombok használatával könnyen mozgatható függőlegesen, és vízszintesen is, valamint a nagyítás is egyszerűen megvalósítható az egérgombok használatával. Továbbá, a nézet referenciapontja egy meghatározott objektumhoz is rögzíthető, így a kamerát akár az emberi szemhez is hozzákapcsolhatjuk. Így rögzíthetők a jelenet egyes képei például az embermodell látószögéből. A textúra hozzárendelésnél használhatók különböző elemek képei, mint például felhők, utak, gyárberendezések vagy gépkezelőpanelek, amelyek segítségével külön geometria létrehozása nélkül lehetséges a jelenetek vizuális részleteinek valósághű megjelenítése. A Klasszikus Jack megvilágítási tulajdonságai lehetőséget nyújtanak a környezet egyes részeinek megvilágítására, tovább növelve ezzel is a jelenet valószerűségét.
2. lépés: Virtuális ember létrehozása
A Jackben található az ipar biomechanikailag legpontosabb embermodellje. A Jack modell az Egyesült Államok Hadseregének az 1988-as Emberméréstani Vizsgálatainak (ANSUR 88) az adataira épül, melyet a hadsereg tagjain végzett mérések alapján határoztak meg.
A Jack embermodell
- 69 szegmensből, 68 ízületből, 17 szegmensű gerincoszlopból, 16 szegmensű kezekből, valamint egy váll- és kulcscsont párból épül fel, és 135 szabadságfokkal rendelkezik
- az ízületek mozgási határai a NASA tanulmányai alapján kerültek meghatározásra (Anthropometric Source Book, Vol. 2: A Handbook of Anthropometric Data, Technical Report NASA RP-1024 – Emberméréstani Forráskönyv 2. kötet: Emberméréstani adatok kézikönyve, Technikai Jelentés)
- megjeleníthető pálcikafiguraként, rácshálós, árnyékolt, nagy felbontású vagy átlátszó modell formájában.
Széleskörű választási lehetőség az embertípusok közül – A Jack különböző embertípusok létrehozását teszi lehetővé.
A következő, előredefiniált alkatok közül lehet választani:
- Nagy, közepes, és kicsi ember, melyek az SEA fizikai felépítési mérései alapján definiáltak.
- Alacsony vagy magas férfi és nő – extrém emberi alkatok az ANSUR 88 adatai alapján.
- Nagy, közepes és kis japán emberek – ismert japán testméret adatok alapján.
- Részletes férfi és női embermodell; a férfiak és nők 50 százalékának részletes ábrázolása az ANSUR 88 meghatározása alapján
3. lépés: A saját embermodell méreteinek és alkatának meghatározása
Ahhoz, hogy egy olyan emberi szimulációs szoftver megbízható legyen, amely az emberi test méreteinek tervezése során rendkívüli változatosságot nyújt, az emberi alak méretezésének teljesen valós megközelítése szükséges.
- Testtípus kiválasztása a 77 különböző alkatból álló készletből, amely az ANSUR 88 adatbázisban szereplő 11 testméret-tartományt fogja át
- Alkatok felépítése a speciális méretek meghatározásával, mint például a vállszélesség, vagy az ülőmagasság, stb.; ezt követően egy algoritmus automatikusan, arányosan kiszámítja a fennmaradó testméreteket
- Alakok méretezése a termet és a súly meghatározásával; a fennmaradó méretek automatikusan létrejönnek az ANSUR 88 adatbázison alapuló statisztikai modellekből
4. lépés: Az embermodell elhelyezése a virtuális környezetben
A Jack lehetővé teszi az egyes, ízületekkel összekapcsolt testszegmensek kezelését, melyeknek mozgási korlátai a NASA kutatásaiból származnak. Miközben a Jack virtuális ember valamelyik szegmensét mozgatja, közben a szoftver valós idejű inverz kinematika segítségével meghatározza a mozgatott testrésszel kapcsolatban lévő szegmensek és ízületek mozgását. Például, mikor mozgatja a modell a kezét, a fel- és alkar szegmensek valamint az ezekhez tartozó ízületek úgy mozognak, ahogy az a valóságban is történik az ember mozgása során.Virtuális ember testtartásának meghatározása – A Jack lehetővé teszi a virtuális ember testtartásának meghatározását az ízületek mozgatásával, vagy a 30 előre definiált pozíciót tartalmazó könyvtárból való kiválasztással. A Jack virtuális ember a fej, a szemek, a vállak, a törzs, a tömegközéppont, a medence, a karok, a lábfejek és a teljes test mozgatásával kelthető életre.
Jack viselkedésének meghatározása – A Jack lehetővé teszi a virtuális ember viselkedésének meghatározását, mikor nem közvetlenül kontrolláljuk annak mozgását, hanem külső hatások érik. A Jack figura így automatikusan mozog, alkalmazva a felhasználó által előre meghatározott paramétereket is.
Például: amikor Jack a feje fölé tart egy tárgyat és a felhasználó meghatározza, hogy Jack tegye a tárgyat a padlóra, ekkor a viselkedéskontroll határozza meg azt a mozdulatsort, ahogy Jack lehajol, tesz egy lépést az egyensúlyának megtartása érdekében, a szemét a tárgyon tartja, stb.
A Jack szoftver lehetővé teszi:
- Gyárak gyorsabb beindítását
- Manuális munkafolyamatok optimalizálását
- A dolgozók biztonságának növelését
- A dolgozói kártérítési költségek csökkentését
- Üzemszünetek és az átképzési költségek csökkentését
A termék életciklus alatt a gyártási szakaszban az emberi szimuláció választ ad a következő kérdésekre:
- Hogyan követ a fej és a szem egy tárgyat?
- A fej és a szem tartja-e a pozícióját?
- Hogyan helyezkedik el a gerinc és hogyan hajlik (a csípőtől, a nyaktól hajlik, vagy meghatározott csigolya használatával)?
- Hogyan tartja meg a test az egyensúlyát és milyen lépést tesz, hogy visszanyerje az egyensúlyt?
- Hogyan helyezkedik el a medence?
- Hogyan helyezkednek el a karok?
- Hogyan helyezkednek el a térdek?
- Hogyan állnak a lábfejek?
Jack és a környezet kapcsolatának meghatározása – A Jack kényszerrendszere lehetővé teszi a virtuális ember és a virtuális környezet kapcsolatának, kölcsönhatásainak meghatározását. Az ember és a tárgyak kapcsolatára többféle módon definiálhatók kényszerek.
Például létrehozható egy olyan kényszer, amely Jack derekát az autó üléséhez „rögzíti”, a jobb lábát pedig a gázpedálhoz. Az ülés mozgása során Jack a hozzárendelt kényszerek miatt az üléssel együtt fog mozogni, a testének többi része pedig ennek megfelelően fog reagálni.
Az emberi markolás modellezésére öt előre definiált fogástípus áll rendelkezésre. Meg kell határozni a markolás típusát és a szoftver automatikusan kiszámítja, hogy a valóságban a kéz milyen közel kerül az adott tárgyhoz.
5. lépés: Emberi feladatok megadása
Néhány emberi tényező típus és ergonómiai vizsgálathoz a felhasználónak elég egyszerűen egy statikus pozícióban vizsgálni Jacket. (Mit láthat, míg teljesít egy adott feladatot? Ugyanolyan a látómezeje a különböző méretű embereknek?) Más tanulmányokhoz Jacknek mozognia kell. (Jack elér-e egy adott akadályt, el kell-e távolítani, vagy át kell-e helyezni a darabot?) A Jack lehetővé teszi az emberi mozgások létrehozását a beépített mozgásrendszer és a VR (Virtual Reality – Virtuális Valóság) eszközök alkalmazásával.
Az embermodell mozgásának irányítása – A Jack beépített mozgásrendszerrel rendelkezik, amely segítségével olyan feladatok definiálhatók, melyeknek elvégzése időhöz kötött. A Jack szimulációk több eltérő mozgásból állnak, sok közülük szimultán történik, amelyek egy meghatározott időintervallum alatt mennek végbe. Jack mozdulatai létrehozhatók interaktív módon, a figura fejének, szemének, gerincének, medencéjének, tömegközéppontjának, karjainak, kezeinek, lábainak és további testrészeinek mozgatásával. Továbbá, mozgathatók a különböző tárgyak, illetve a kamera látószöge is változtatható.
A kész szimuláció elmenthető, és bármikor újra lejátszható akár más méretű, alkatú modellekkel is. Szintén módosítható a környezetben található különböző objektumok mérete és pozíciója. Ezután a szimuláció újra futtatható a megváltozott térbeli és időbeli feltételekkel. VR eszközök használata az emberi mozgás modellezésére – A Jack használata során számos VR eszköz alkalmazható a valósághű mozgások létrehozásához vagy egy szimulációs kísérlet végrehajtásához.
A szoftver a következő eszközöket támogatja:
- Ascension Technology Corp. : Flock of Birds (mozgásrögzítő eszköz)
- Virtual Technology: Cyberglove és cybergrasp (cyberkesztyű és megfogó)
- Virtual Research System: Head Mounted Display (fejhez rögzített kijelző)
- Stereographic: Crystaleyes (3D szemüveg és emitter)
- NuVision Shutter Panels
6. lépés: Az embermodell viselkedésének elemzése
A Jack számos olyan alapeszközt kínál, amelyek a virtuális ember működésének elemzését segítik. További professzionális ergonómiai elemző eszközök találhatók a Feladat Analízis Eszköztárban és az Utastér Analízis Eszköztárban.
Látni, amit Jack lát – Jack számos lehetőséget nyújt a láthatóság vizsgálatára.
Lehetőségek:
- Ún. Eye Window (Szem Ablak) létrehozására, amelyen keresztül Jack nézőpontjából látható terület jelenik meg
- Ún. View Cone (Nézet Kúp) létrehozására, amelyen keresztül egy harmadik személy látószögéből látható, amit Jack lát
- Jack szeme és egy adott tárgy közötti távolság mérésére
- Jack fejének/szemének beállítására úgy, hogy egy adott objektum mozgásának a pályáját kövesse
Vizsgálatok, melyek azt mutatják, hogy Jack mit tud elérni – a Jack „hatókörzetét” elemző tulajdonságok a következőket teszik lehetővé a felhasználók számára:
- Célobjektum elérési módjának a meghatározása
- Jack keze és a célobjektum közötti távolság mérése
- Hatókörzet buborékok létrehozása és elhelyezése, amelyekkel jól szemléltethető, hogy a SAE által meghatározott nagy, közepes és kicsi ember meddig tud elérni egy adott pontról
- A hatókörzet buborékok exportálhatók a CAD modellekbe, ahol a tervezés során határvonalként alkalmazhatók
Megfelelőség és illeszkedés tesztelése – Jack segítséget nyújt annak a meghatározásában, hogy a tervekbe hogyan illeszkednek bele a különböző méretű emberek.
Lehetőségek:
- Egyetlen virtuális ember alkalmazásával, és az ő pozíciójának a felhasználásával további tesztek végezhetők arra vonatkozóan, hogy egy adott helyzetben a különböző méretű emberek mekkora tartományt tudnak elérni
- A környezetben található két pont közötti távolság interaktívan mérhető, még akkor is, ha a pontok pozíciója változik
- Kiemeli az egyes objektumok és emberek ütközéseit, amelyek az objektumok mozgásából adódnak
- Az emberi erő és nyomaték kiszámítása – A Jack segítségével lehetőség nyílik az erők mérésére, amelyek az ember ízületeire, vagy az egyes szegmenseire hatnak az egyes pozíciókban. Az eredmények segítségével összehasonlíthatók a különböző feladatok elvégzéséhez szükséges erők. A szoftver lehetővé teszi az ember által tartott tárgyak súlyának, valamint további külső erőhatások, mint például a gravitáció figyelembe vételét.
- Animációk és képek alkalmazása az eredmények szemléltetésére – A Jack alkalmazásával hatásos animációk és állóképek készíthetők, amelyek segítségével olyan módon reprezentálhatók a kísérleti eredmények, amilyenre a statisztikai jelentések nem alkalmasak. Lehetőség van a Jack bármely jelenetéről .rgb formátumú kép készítésére, valamint a szimuláció könnyen átkonvertálható .avi vagy Quicktime video formátumokba is.
További Jack modulok: Jack Occupant Packaging Toolkit, Jack Task Analysis Toolkit