Ny numerisk metode forbedrer interaktiv simulering af menneskets bevægelse – Københavns Universitet

Datalogisk Institut, DIKU > Nyheder > DIKU-nyheder 2012 > Ny numerisk metode for...

30. august 2012

Ny numerisk metode forbedrer interaktiv simulering af menneskets bevægelse

29. AUGUST 2012

SIMULERING OG MODELLERING. Når Morten Engell-Nørregård torsdag den 30. august forsvarer sin ph.d.-afhandling, vil tilhørerne få indblik i nyskabende forskning inden for simulering og modellering af den menneskelige krop. Morten har nemlig i høj grad været hjernen bag en række nye numeriske metoder, der gør en interaktiv simulering af menneskets bevægelse både mere præcis og hurtigere.

At få en computer til at efterligne eller ’modellere’ den menneskelige bevægelse på en naturtro måde er vanskeligere end man umiddelbart forestiller sig. Den menneskelige krop er sammensat af mange led, der ikke kan bevæge sig i vilkårlige retninger, men er begrænset af kroppens fysik. Dette er endog meget svært at beskrive matematisk og eftergøre digitalt.

Morten har med sit ph.d-forløb gjort et vigtigt skridt i den rigtige retning. Hans ”svendestykke” er at beskrive en numerisk genvej, som forskere, der arbejder med biomekanik kan anvende til animationer af den menneskelige krop. Mortens metoder er både mere robuste og hurtigere end hidtidige metoder. Afhandlingen dækker mange aspekter af simulering, som rækker ind i disciplinerne ”fysisk simulation”, ”invers kinematik” og ”biomechanics”.

I sin PhD-afhandling beskriver Morten simulering som et redskab til at syntetisere bevægelse og dermed skabe animationer. Pointen er, at formålet ikke kun er at skabe værktøjer til animatorer, som de kan bruge til at lave sjove og spændende animationer med, men også modeller til simulering af realistiske bevægelser, som kan bruges i eksempelvis fysioterapi eller genoptræning af kroppen foran en videoskærm.

De vigtigste videnskabelige bidrag af afhandlingen er:

• En effektiv metode til at løse interaktive, inverse kinematik-problemer med ledbegrænsninger ved hjælp af en optimeringstilgang. Metoden kan anvendes til bevægelsesplanlægning af komplekse led med en høj grad af indbyrdes afhængighed mellem de forskellige dele, såsom en menneskekrop.

• En generel og hurtig model for ”led-begrænsning”. Denne led-begrænsning model er velegnet til modellering af led med ikke-konvekse grænser og flere frihedsgrader. Selv om denne led-begrænsnings model kan have mange andre anvendelser, er den meget velegnet til modellering af menneskers led, der udviser både ikke-konveksitet og flere frihedsgrader

• En generel og alsidig model for aktivering af bløde legemer. Modellen kan anvendes som et animationsværktøj, men er lige så velegnet til simulering af menneskelige muskler, da den opfylder de grundlæggende fysiske principper. Endvidere kan den anvendes med enhver softbody simuleringsmodel som finite elementer eller mass spring systemer.

• En ide til en kontrolmetode til deformerbare legemer baseret på rum/tid optimering. Fremgangsmåden kan anvendes til at styre sammentrækning af muskler i en muskelsimulering.

Eksempler på animationer kan ses i en række videoklip, som er lagt ud på denne hjemmeside (link), hvor også phd-afhandlingen kan ses.

http://iphys.wordpress.com/2012/08/22/interactive-modelling-and-simulation-of-human-motion/

PhD-Forsvaret finder sted på DIKU, Universitetsparken 1, 2100  København Ø, Lille auditorium, kl. 14.00