Zwischenvortrag zur Diplomarbeit Simulation und Visualisierung von Muskeln, Sehnen und Bändern

Transkript

1 Zwischenvortrag zur Diplomarbeit Simulation und Visualisierung von Muskeln, Sehnen und Bändern Von Armin Burger Johann-Wolfgang-von-Goethe-Universität Frankfurt am Main

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3 Was ist ein Muskel? Wie funktioniert ein Muskel? Es muss Form und Funktion simuliert werden um eine realistisch wirkendes Modell zu entwickeln.

4 Der Antagonist bringt den Agonisten wieder in seine Ruhelänge als Voraussetzung einer erneuten Kontraktion.

5 Simulation und Visualisierung von Muskeln, Sehnen und Bändern

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8 Querschnitt durch eine Sehne.

9 Simulation und Visualisierung von Muskeln, Sehnen und Bändern

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11 Muskelkontraktion. Die Sarkomere werden verkürzt und somit die gesamte Muskelfaser. Die erzeugte Kraft verläuft entlang der Muskelfaser.

12 Isotonische und isometrische Muskelkontraktion

13 Gleitfilamenttheorie Aktin- und Myosinfilamente gleiten ineinander und verkürzen somit die Muskelfaser

14 Die Proteinköpfchen des Myosins finden Kontakt zum Aktin und knicken ab.

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17 Anwendung in der Computergraphik Die Modellierung eines Menschen ist eine der größten Herausforderungen in der Computergraphik Vorhandene Modelle geben die Komplexität realistischer Körper nicht wieder Menschen sind Experten, was menschliche Formen angeht

18 Links ist die Künstlichkeit leichter zu durchschauen als rechts

19 Selbst bei Lebewesen, die wir nicht in der Realität erleben, können wir mögliche Fehler in der Modellierung und der Animation erkennen.

20 Bewegungen werden durch Animation eines Skelettes erzielt.

21 Simulation und Visualisierung von Muskeln, Sehnen und Bändern Die Haut (Skin) wird über das Skelett gelegt. Lediglich bestimmte Knochen haben Einfluss auf verschiedene Körperregionen. Das Skin wird somit entsprechend dem Skelett mitbewegt und verformt.

22 Typische Probleme beim gewöhnlichen Tweening. Werden Knochen in der Längsachse verdreht entstehen Abschnürungen.

23 Das Beugen des Ellenbogens führt zum unnatürlich wirkenden Einknicken des Skinmeshes.

24 Unterschiedliche Repäsentationen vom Skelett bis zum geshadeten Charakter.

25 Körperrepräsentation durch Primitive: Muskeln werden aus ellipsoiden Grundkörpern nachgebaut.

26 Multi-Layer-Modell: Skelett Muskel - Haut

27 Das Modell (1) - Ein Muskel wird als Pneu modelliert. - Der Muskel wird als geschlossene Einheit behandelt. - Sehnen werden als Verbindung zwischen Muskel und den Ansatzpunkten an den Knochen gesetzt. Sehnen können auch um Knochen herum gelegt werden. - Muskeln können an Knochen und andere Muskeln gesetzt werden. Die Berührfläche wird durch einen geeigneten Kollisionsalgorithmus für polygonale Flächen bei Beginn der Simulation berechnet und markiert.

28 Das Modell (2) - Die Actionline wird berechnet. - Der Muskel wird durch bestimmte biomechanische Eigenschaften klassifiziert. - Die Kontraktion (Kräfte, Länge) wird mit dem Modell von Blickhan und Wagner simuliert. - Es wird ein Nervenreiz simuliert, die den Muskel veranlassen mehr oder weniger zu kontrahieren. - Es kann auch eine inverse Formveränderung simuliert werden.

29 Weiterer Verlauf: -Verfeinerung der einzelnen Teile des Modells -Definition der Schnittstellen -Erstellen der C++-Klasse -Erstellen einer Beispielanwendung (e-voluzzer oder menschliches Körperteil z.b. Biceps mit Ober- und Unterarmknochen)

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