目的
驻守性东说念主体工程学对于保护工东说念主的健康和安全至关弥留，因为意志到东说念主类的互异性也很弥留。本文的目的是描摹一个基于 Unity 的应用才略，该应用才略野心用于使用通顺捕捉数据进行三维姿势分析和可视化。与虚构本质 (VR) 技巧的集成使用户未必千里浸在模拟的责任环境中，而无需物理原型。拟议的应用才略旨在促进东说念主体工程学旨趣在责任神色野心和评估中的应用，以积极主动、参与性和包容性的方式促进工东说念主福祉。
野心/按序/按序
作家开发了一款欺诈动作捕捉技巧和 VR 技巧的应用才略，旨在匡助分析师对物理原型以及翌日责任神色进行东说念主体工程学评估。立异的姿势揣测模块可匡助分析师从单个数据纪录中了解不同用户在与责任神色互动时可能采取的姿势。
发现
一些案例磋商证实了所提议的应用才略的功能，展示了怎样提供不同的信息以及如安在工业环境中援手责任神色分析师和野心师。
原创性/价值
本文深入先容了汽车公司在应用可衣服传感器和 VR 方面的训导和磋商，以援手主动和参与式的责任神色东说念主体工程学按序。
张开剩余94%1.序言
新的信息和通讯技巧引入工场环境正在鼓励制造业发生深刻变革。智能工场是德国政府于 2010 年设念念的工业 4.0 的一个枢纽要素，系统变得信息物理化，互相交互，监控和考据物理过程，创建物理宇宙的虚构副本并笔据复杂的数据分析作念出决策，正在成为本质。这些想法正在透澈改革系数领域的工业，而汽车行业是其中的先驱之一，亦然参与度最高的行业之一。
制造过程的虚构化和仿真在资本和时期方面具有多种上风，同期还不错优化安装线野心和磋商东说念主机交互。欺诈技巧立异在现在的制造环境中至关弥留，其本性是包含用户、机器和系统的复杂和洽范式。在野心阶段融入东说念主体工程学旨趣不错减弱不利落幕，举例部署延伸、质料下落和最终系统的可用性谴责。它还有助于幸免后续修改系统所需的特别资本。各式磋商和行业趋势皆援手对东说念主为成分的意志。
在此配景下，虚构本质 (VR) 是一项值得欺诈的枢纽磋商技巧，它不错当作一种先进的东说念主机界面，及时模拟本质宇宙并通过多种感官通说念与数字对象进行各式交互。VR 可应用于文娱、医药、文化、营销、教学和文化遗产等各个领域。连年来，一个尽头值得厚重的领域是工业原型野心。直到几年前，搞定系统故障和事故的措檀越要辘集在谴责风险成分上。可是，三维 (3D) 野心软件和虚构模拟器的高出现在使野心师未必将 VR 技巧集成到野心过程中，并在插足物理原型野心阶段之前在模拟环境中测试和考据器具。
在虚构环境中，不错使用数字东说念主体模子（虚构东说念主体模子）模拟东说念主与责任神色之间的交互，而不错使用 CAD 模子导入责任神色和责任站。东说念主体模子是合乎当然比例的东说念主体形象的虚构暗意，不错通过正通顺学或逆通顺学 (IK) 进行按捺和动画制作。虚构东说念主体模子有多种应用范围，其中很多合乎个东说念主、团体和团队责任神色学习的原则：琢磨在千里浸式虚构本质中学习特定机械零件的安装轨则，在尚未建造物理原型时为操作员提供培训 。
本文旨在先容一个基于 Unity 的责任神色野心和评估应用才略，该应用才略欺诈惯性测量单位 (IMU) 传感器纪录通顺数据。与 VR 技巧的集成使用户无需物理原型即可千里浸在模拟责任环境中。该应用才略旨在援手分析师通过可衣服迷惑评估责任神色野心，但也可用于在任培训。所展示应用才略的一个立异功能是不错揣测属于与纪录通顺捕捉数据的个东说念主不同的东说念主体测量百分位数的用户的姿势。识别东说念主体变异是东说念主体工程学的基础，以确保振作小用户的可达性和大用户的形体空间问题，同期确保系数用户的姿势舒按捺。另一方面，组织几次测试会议以包括不同身高的用户既复杂又上流。
本文分为几个部分。配景部分探讨了基于传感器和虚构本质技巧的自动东说念主体工程学评估的必要性，随后是对作家野心的基于 Unity 的应用才略的轮廓描摹，该应用才略旨在援手分析师评估工东说念主在责任任务时代的姿势和形体通顺。然后先容了对属于东说念主体测量百分位数（而不是纪录通顺捕捉数据的个东说念主的百分位数）的用户的姿势揣测，并先容了一些应用案例。临了，规划了论断和翌日责任。
2.配景
在工东说念主平均年齿稳步增长、坐褥率要求约束提高确现活着界，东说念主体工程学面对的一个要紧挑战是怎样通过野心一个未必保护肌肉骨骼健康的责任环境来改善职工的福祉。肌肉骨骼疾病 (MSD) 影响着欧洲各地无数工东说念主，他们碰到肌肉、神经、肌腱、要道和脊椎间盘的挫伤和疾病。这些健康问题包括祸患以及可能导致责任日亏蚀的更严重的疾病。因此，搞定责任神色野心问题具有双重意旨：改善工东说念主的福祉和提高坐褥率。
肌筋膜炎的危境成分包括访佛性动作、不良姿势和搬运重物。肌筋膜炎是最常见的责任关系疾病之一，占欧洲行状病的 45% 摆布。在通盘欧洲，肌筋膜炎影响着数百万工东说念主，给老板形成数十亿欧元的亏蚀。行状病和危害还不错与更宽绰的健康情景方针以及东说念主口责任条目联系。国度法律章程了怎样评估责任条目。因此，公司对迷惑有用和高效的责任神色野心按序的敬爱是不言而喻的。将责任站野心过程界说为“导致责任神色降生的行为”。野心责任神色时要琢磨的主要问题之一是顺应坐褥变化；生动性对于振作商场需求至关弥留。以东说念主为本的责任神色想法的出现是为了搞定这一问题，概述了在责任神色野心过程中纳入东说念主体工程学原则的必要性。
一些东说念主体工程学评估按序皆是不雅察性按序，主要磋商姿势分析，举例 Ovako 责任姿势分析系统、快速上肢评估或快速全身评估。平素，这些按序用于以被迫的方式评估现存的责任环境以应答东说念主体工程学。物理原型的高资本大大谴责了主动搞定东说念主体工程常识题的可能性，而主动搞定东说念主体工程常识题的主张恰正是在责任神色出现潜在问题之前就发现它们。
VR 技巧正在成为主动东说念主体工程学的枢纽器具，因为它们不错匡助责任神色野心师克服这一截止，使开发东说念主员未必在千里浸式环境中以 1:1 的等效比例可视化责任站的系数元素。此外，VR 搞定决策与动作捕捉 (MoCap) 技巧相联结以深刻工东说念主的动作和姿势时可能会带来收益。Menolotto对不同的 MoCap 技巧以及与数据经管和处理关系的问题进行了系统的文献综述。
将东说念主体工程学旨趣、VR 和 MoCap 搞定决策相联结，终端以东说念主为本的责任神色野心的总体上风可纪念如下：
实验和模拟的可访佛性；纪录和处理实验数据的可能性；生动地创建未必反应商场需求同期尊重现存轨范的环境；及时进行东说念主体工程学评估的可能性。
多篇论文磋商了集成 VR-MoCap 系统相对于传统计算机辅助搞定决策的上风。系统的文献综述可参见da Silva等东说念主(2020)的著述。Simonetto冷漠了一个按序框架，使安装系统的野心东说念主员未必琢磨到工东说念主因年齿等原因而产生的不同膂力和要道行为性。
3.建议的应用：系统架构和责任经过
本节对所冷漠的基于 Unity 的应用才略和系统责任经过进行了轮廓描摹。所冷漠的应用才略欺诈 MoCap 和 VR 技巧的集成，通过一系列功能援手分析师对物理原型和翌日责任神色进行东说念主体工程学评估，其中包括：通过通顺捕捉数据履行 3D 姿势分析，提供虚构本质环境，以评估工东说念主与责任站之间的交互，同期监测姿势方针并预计不同东说念主体百分位数工东说念主的形体姿势和动作。这些功能将不才文简要先容。
3.1 .用于三维姿势分析的 MoCap 系统
姿势舒按捺对于工东说念主的健康和以东说念主为本的责任神色野心至关弥留。传统上，试验有素的分析师会不雅察工东说念主，并通过预计所分析责任行为的视频或图片中的投影角度来评估要道角度。主不雅不雅察很耗时，而且可能存在不雅察者之间和不雅察者里面的互异。
连年来，可衣服传感器已表露具有填塞的精度来评估姿势和形体通顺并进行定量东说念主体工程学评估。当工东说念主在安装线上或物理原型上履行任务时，不错纪录数据，即使在永劫期操作时代也不错提供联系不同要道位置的顾惜信息。
Carnazzo冷漠了一种 3D 姿势分析算法，该算法告成从安装在工东说念主身上的可休养带子的 IMU 网罗数据（图 1），并通过反三角函数自主计算形体部位之间的角度。笔据关系轨范 EN 1005–4和 ISO 11226界说了颈部、躯干、肩部、肘部、手腕和膝盖的不同形体角度，这些轨范章程了责任姿势的可经受角度和保持时期，并组成了风险评估按序的基础。
图1为了便捷分析东说念主员检察和检索信息，咱们尽头留意创建直不雅、告成的用户界面。在系统启动时，分析东说念主员不错礼聘深刻及时拿获的动作捕捉数据的模式或分析预先纪录的数据，并不错使用 RGB 录像机和 IMU 通顺追踪系统同步纪录责任行为。对于手动数据同步，佩带 IMU 传感器的用户只需鼓掌即可启动纪录阶段。
图2是用于分析预先纪录的数据的用户界面示例。分析东说念主员不错礼聘不同的视图和东说念主体模子暗意类型，即仅使用会聚代表要道的球体的线来可视化里面通顺链（绿色洋火东说念主）、好意思满的 3D 东说念主形或两者的叠加。该应用才略允许保存在特定时期范围内深刻的系数角度信息。具体而言，通过图形界面上的按钮，分析东说念主员不错保存系数深刻模式下的姿势角度、视频拿获和虚构场景的系数值。此信息存储在 HTML 花式的文献中，可能包括分析东说念主员输入的文本留心。
图2图 3深刻了要道角度可视化的图形用户界面。下拉菜单允许礼聘可在屏幕上深刻的姿势角度。不错分析十个不同的角度：颈部、躯干、肩部、肘部、手腕和膝盖。这些角度的识别是很多风险评估按序的基础。
图33.2 MoCap系统与千里浸式虚构本质技巧的集成
用于动作捕捉的可衣服传感器是磋商和自动化东说念主体工程学评估中极具后劲的器具。可是，物理原型资本粗野，而且需要破耗巨额时期来构建。如配景部分所述，虚构化的一个真谛发展是将动作捕捉技巧与 VR 技巧相联结。头戴式深刻器提供的视觉反馈允许纪请托户与虚构环境交互时的姿势和动作。成绩于 VR 技巧，在莫得责任站物理原型的情况下，姿势方针和风险评估成为可能。
图4面目了所冷漠的软件和硬件架构的决策。姿势数据通过 Xsens Awinda 通顺捕捉系统纪录，该系统包括 17 个无线 IMU 传感器，通过可休养的带子安装在用户身上，并通过 Xsens MVN 软件转发到 Unity 应用才略。Xsens 软件开发套件用于正确经管 Unity 应用才略内的数据。捕捉系统向 Unity 应用才略提供传感器相对于地球参考局部框架的精准 3D 标的。Unity 被选为民众最初的游戏引擎，用于在多个平台和迷惑上创建和部署千里浸式体验，所冷漠的东说念主体工程学分析算法是用 C# 编写的。
图4评估过程可能需要或不需要护目镜，这取决于模拟是在虚构已经在现场进行。虚构本质模拟使用的技巧是护目镜，尽头是 HTC VIVE 头戴式深刻器。用户不错通过佩带带有通顺追踪传感器的 HMD 头盔来检察 3D 立体图像并在视觉宇宙中笃定我方的空间位置。在某些应用中，耳机与 Leap Motion 按捺器相联结，这是一种光学手部追踪系统，允许用户通过手部动作来驾御数字对象。图5左侧深刻了配备 Xsens Awinda 系统、HTC VIVE HMD 和 Leap Motions 按捺器的用户图像，右侧深刻了其在虚构环境中的虚构暗意。东说念主体模子（以下将称为 Xsens 东说念主体模子）复制了纪录会话中使用的用户的东说念主体测量尺寸。东说念主体模子的动作和姿势基于通顺捕捉系统纪录的数据。
图53.3 .使用不同东说念主体测量百分位数进行姿势揣测
形体姿势和姿势角度是工东说念主体型的特征。可是，意志到东说念主体的各样性是东说念主体工程学的枢纽。动作捕捉和虚构本质技巧不错匡助揣测不同体型的用户在责任站考据的早期阶段怎样与给定的责任站交互，并确保责任站振作大多数用户的安全和适意要求。在汽车领域，迪士尼彩乐园1入口与很多其他领域相通，平素参考男性和女性的第 5、50 和 95 个百分位数（即 P5、P50 和 P95），以顺应大多数处事东说念主口。可是，对不同体型的用户访佛数据纪录会话既费时又用钱。因此，对于公司来说，未必使用纪录在单个用户身上的数据来预计不同身高的用户在与并吞责任环境交互时可能采取的姿势口角常挑升旨的。
提前评估不同身高工东说念主的姿势风险对于确保振作系数用户的姿势舒按捺、小用户的可达性需乞降大用户的形体空间问题相当弥留。不错使用 IK 引擎揣测任何给定时期的数字东说念主体模子的姿势，联结训导丰富的东说念主体工程学各人界说的姿势功令，不错揣测数字东说念主体模子的通顺。IK 的想法发祥于机器东说念主领域，尽头是为了搞定将机械臂定位在特定的预界说位置的问题。通顺链是由要道会聚的刚性部件的成列，就像东说念主体骨骼系融合样，并提供受敛迹的通顺。IK 求解器可能会笔据关从简束找到东说念主体模子姿势问题的多种搞定决策，要是主张点无法到达，则可能找不到搞定决策。
图6描摹了所冷漠的姿势揣测应用才略的一般功能。为了使系统正常责任，需要进行初步的通顺捕捉会话。IMU 传感器纪录的数据被导出到 Unity，用户的动作在何处被复制。告成模式操作允许分析师告成按捺东说念主体模子的手、脚、臀部、肩膀（摆布）和骨盆的效应器，以防分析师但愿改进某些姿势或零落某些数据。姿势预计算法是使用 Final IK 开发的，它是 Unity 的最初 IK 库，在视频游戏制作中被粗鄙采取。这个 Unity IK 插件提供了各式模块：FullBodyBiped IK 用于为东说念主体化身制作动画，而 LookAt IK 组件用于匡助将东说念主体模子的头部旋转到主张点。这些模块已蔓延为基于东说念主体模子的附加东说念主体工程学姿势功令，该功令可笔据双脚的位置和手部的责任点揣测工东说念主最可能采取的姿势。该系统的自制是不错比拟属于不同百分位数的东说念主体模子的揣测姿势，从而考据适用于各式用户的责任站，同期琢磨到系数用户的姿势舒按捺以及 P5 东说念主体模子的可达性需求以及 P95 的形体空间问题。
图6
4.部分应用案例
所冷漠的基于 Unity 的集成 MoCap 和 VR 技巧的应用才略已应用于各式用例，也可供分析师评估其有用性和可用性。
图7中重现的任务是车顶行李架拼装，其中工东说念主必须将车顶行李架遗弃在汽车车顶上并用螺钉和支架固定。从东说念主体工程学风险评估和操作员培训的角度来看，这是一项相当真谛的任务。在汽车车顶上拼装元件可能需要工东说念主采取不和洽的姿势，双手高于肩膀高度。此外，可能还存在到达汽车车顶里面点的问题。因此，这项任务可能值得事前虚构分析，琢磨到不同身高的工东说念主，以及通过改善可达性来创建一个栽培工东说念主的平台的可能性。
图7值得厚重的是，车顶行李架拼装需要按照特定轨则履行一系列操作，操作员必须学会访佛这些操作，而且这需要精致的生动性。在这方面，VR 环境提供了在任培训的可能性，让工东说念主千里浸在履行责任任务的任务环境中，让他或她不仅不错锻练，还不错就责任神色和责任任务的野心提供反馈。
第二步，将 HTC VIVE HMD 与 Leap Motion 按捺器集成，以更好地模拟握取物体的动作，从而终端手与物体的交互（图5）。对代表不同身高的用户（即 P5、P50 和 P95 女性和男性百分位数）进行径作捕捉纪录会话，以杰出揣测系统中的枢纽问题。
图8重现了 Unity 顶用于模拟的虚构责任站，而图9则深刻了分析师分析纪录数据的用户界面。右侧的东说念主体模子是 Xsens 东说念主体模子，它使用从通顺捕捉会话中获取的信息复制工东说念主的姿势，而左侧的东说念主体模子则由姿势揣测系统摆出姿势（下文中将称为 Final IK 东说念主体模子）。菜单允许分析师通过告成输入东说念主体测量数据或礼聘姿势揣测的主张百分位数来鼎新东说念主体模子的大小。要是莫得礼聘百分位数，则系统默许使用 P50 男性东说念主体模子运转。菜单还允许分析师鼎新相机标的并确保正确检察两个东说念主体模子。通过将责任环境的数字孪生导入 Unity 场景，分析师不错直不雅地看到东说念主体模子在场景中的挪动方式，系统不错检测到与物体的潜在碰撞并相应地调整东说念主体模子的姿势。
图8 图9对于任何 IK 解算器来说，一个要紧挑战是重现传神的姿势。Unity 中提供的 IK 引擎旨在用于游戏，并复返可能未正确琢磨责任中的东说念主体工程学旨趣的姿势。典型的例子是，到达围聚大地的责任点可能需要背部上前障碍，但应该波及障碍膝盖（图10a）或与要履行的责任关系的视觉需求，而这些需求平素被 IK 引擎忽略（图10b）。为了克服这些截止，笔据公司专科东说念主体工程学各人的训导，琢磨了特别的姿势功令。
图10这些附加功令提高了姿势揣测模块在不同百分位数上的有用性，因为它是通过比拟姿势揣测模块复返的要道角度和通顺捕捉系统复返的要道角度来评估的。对任务时代出现的最关系姿势进行了更有针对性的分析。对于每个遴选的姿势，比拟了不同的要道角度。
图11左侧面目了 P5 男性东说念主体模子的姿势，重现了进行径作捕捉纪录的用户的东说念主体测量数据，右侧面目了 P95 男性的揣测姿势。即使纪录是在不同的百分位数上进行的，姿势揣测模块也会复返传神的姿势。系统意志到，较高的用户需要上前障碍背部才能达到相通的责任点，并障碍脖子以镌汰不雅看距离。图11上重现的P95的预期姿势是笔据与实施的东说念主体工程学功令关系的姿势计谋笃定的。
图11公司感敬爱的另一个方面是不同身高的工东说念主与责任站中可能存在的禁绝物的互动。举例，一种可能的情况是责任底盘。由于莫得实验测试包括工东说念主与责任站物品之间的碰撞，因此通过提供主张坐标来完成避障系统的考据。在这个初步评估阶段，该系统被表露未必检测与物体的碰撞。东说念主体模子为处理与禁绝物的互动而采取的姿势计谋是合理的（图12）。
图 125.论断和翌日责任
本文先容了一款基于 Unity 的应用才略，该应用才略欺诈可衣服传感器和虚构本质技巧，并先容了该应用才略怎样以主动的方式在野心早期阶段促进东说念主体工程学旨趣的应用。该应用才略援手分析师进行责任神色野心和评估以及风险评估器具的应用。要道角度笔据关系技巧轨范计算，分析师不错将其用魄力险评估器具的输入数据，从而撤废了平素与主不雅不雅察关系的不雅察者间和不雅察者内的互异。立异的姿势揣测模块可匡助分析师揣测属于不同东说念主体测量百分位数的用户在与给定责任站交互时可能的形体姿势，该责任站不错是物理原型或 VR 中的模拟环境。
意志到东说念主体的各样性是东说念主体工程学的基础，它确保振作系数用户的姿势舒按捺，振作小用户的可达性需求，以及大用户的形体空间问题。翌日的责任将侧重于提高从单个数据纪录中揣测各式用户的姿势的准确性，尽头是在责任神色存在禁绝物等特别情况下。工东说念主可能会采取多种计谋来履行任务，事实上，任何姿势揣测系统的主要复杂性赶巧在于 IK 问题的不笃定性。
为了搞定 IK 问题的不笃定性，不错以姿势功令的花式添加敛迹，这可能与任务的性质和责任站的组织联系。这些姿势功令最初不错笔据专科东说念主体工程学各人的训导来界说，但跟着数据量的增多，不错通过机器学习技巧进行改进。
基于精致东说念主体工程学的姿势功令的实施应该成为责任站野心和评估过程中驻守责任关系肌肉骨骼疾病的任何援手器具的基础，也应成为在任培训、职工参与度和责任环境中的推崇的基础。
可衣服传感器和 VR 是主动磋商东说念主体工程学的枢纽器具，因为它们是千里浸式虚构环境中的在任培训器具。可用的 VR 系统可确保千里浸式和交互式环境：还不错通过触觉迷惑为用户提供对其动作的触觉和力量反应。如今，在终端这些虚构环境时不错达到的逻辑和图形复杂度使得 VR 的使用范围不错蔓延到姿势负荷评估以外。心扉负荷评估变得越来越弥留，VR 在默契负荷磋商中的应用也比以往任何时候皆愈加弥留。
这些技巧在责任神色学习方面的弘大后劲不仅波及工东说念主，还波及分析师和野心师。责任神色分析师和野心师不错按照“假定”按序在虚构环境中探索不同的场景，而且不错在野心早期阶段获取野心礼聘和评估方面的援手。他们还不错从工东说念主何处获取联系责任神色野心的弥留反馈，而无需物理原型，并确保确切参与式的野心按序。不同利益关系者的参与是东说念主体工程学的基础，对于确保高效和包容的责任神色必弗成少。
致谢
这项责任是两年期神色 IM.PR.ES.SED（可衣服迷惑的千里浸式东说念主体工程学过程）的一部分，该神色由 Stellantis（意大利 FCA）和洽，与皆灵理工大学、坎帕尼亚大学 Luigi Vanvitelli、皆灵 CIM4.0（工业制造 4.0 智力）合作提供技巧和开发接洽，并与 Mare Digital 合作提供千里浸式本质器具。
在这众多学说中，道家虽不像当时的“大红大紫”儒墨那般引人瞩目，但其在历史长河中却是少数被古代王朝当成施政纲领的学派之一。
对于搜维尔科技
咱们热衷于动作捕捉技巧的研发与推论。咱们热衷于鼓励技巧发展，使其处于技巧前沿以致更前沿。在这个频说念上，咱们念念共享咱们基于动作捕捉技巧的最新体验。搜维尔科技与Xsens总部签署代理合作公约迪士尼彩乐园全民彩票，成为其在中国大陆地区的授权代理经销商。搜维尔科技现援手关系居品购买、接洽与售后援手等服务，接待垂询。
发布于：河南省