虚拟人体的多尺度建模方法研究

论文摘要

随着工效学的广泛应用和交叉学科的快速发展,虚拟人体建模被认作是现代复杂工效学设计常用的重要工具之一。在工作空间和产品设计中,基于人体测量数据库而建立起来的、反映人群体型特征的人体模型得到越来越多的关注。现代人体测量学建模方法以多变量统计分析为基础。但这些学术研究和相关建模仿真软件存在共同的一点不足,即都以固定数量和项目的尺寸作为建模输入变量,以此为基础建立相应的完整的人体模型。这一做法导致所有模型都建立于相同的静态的数据输入上,而忽略真实需求差异性,忽略模型复杂度的区别。本研究将提出一个新颖的根据建模需求动态地提供输入变量的多尺度建模方法。本方法的基本思路是通过研究尺寸变量间相关性,提供不同数量和项目的主尺寸,用户根据自身需求进行选择并建立相应的完整的人体模型。本研究在主成分因子分析的基础上发展出层次因子分析法,通过递归进行因子分析将原始尺寸变量划分类别,形成树状关系结构以清晰地表达所有尺寸变量间的相关性;通过综合考虑因子载荷和原始方差将子类中尺寸变量进行排序;根据子类的解释原始方差的大小将主尺寸总需求数量分配到子类中,用户根据需求和偏好选择主尺寸作为回归分析的自变量;最后在已选择的主尺寸基础上采用多元逐步线性回归方法得到完整的人体模型,并通过MATLAB编程实现上述人体建模过程。程序中模型建立功能可以完成上述完整的多尺度人体建模,模型分析功能侧重于实现整体和局部模型优度及权重w的分析比较。基于所提出的多尺度建模方法,本研究对ANSUR88数据库、HQL数据库以及HSIAC中24个数据库进行案例分析和结果讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 虚拟人体建模
• 1.2.2 人体测量学数据库
• 1.2.3 人体测量学建模方法的发展和研究
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 多尺度的人体建模方法
• 2.1 建模方法概述及流程
• 2.2 层次因子分析
• 2.2.1 降维方法的选择
• 2.2.2 主成分因子分析法
• 2.2.3 根据旋转因子载荷的尺寸分类
• 2.3 原始尺寸子类内排序
• 2.4 主尺寸的分配和选择
• 2.5 多元逐步线性回归和模型的建立
• 2.6 建模方法优度的验证
• 2.6.1 整体模型优度的验证
• 2.6.2 局部模型优度的验证
• 2.7 本章小结
• 第3章 多尺度建模方法的实现
• 3.1 模型建立功能
• 3.2 模型分析功能
• 3.3 本章小结
• 第4章 案例分析及结果讨论
• 4.1 ANSUR88数据库
• men'>4.1.1 ANSUR88男性数据库/ANSUR88_men
• women'>4.1.2 ANSUR88女性数据库/ANSUR_women
• 4.2 HQL数据库
• ym'>4.2.1 HQL男性学生数据库/HQL_ym
• yf'>4.2.2 HQL女性学生数据库/HQL_yf
• em'>4.2.3 HQL男性老年人数据库/HQL_em
• ef'>4.2.4 HQL女性老年人数据库/HQL_ef
• 4.3 HSIAC数据库
• 4.3.1 美国空军数据库-1965/AF65
• 4.3.2 美国空军飞行人员数据库-1950/AFFLY50
• 4.3.3 美国空军飞行员数据库-1967/AFFLY67
• 4.3.4 美国空军女兵数据库-1968/AFW68
• 4.3.5 美军飞行员数据库-1959/ARMAV59
• 4.3.6 美军飞行员数据库-1970/ARMAV70
• 4.3.7 美国航海职员数据库-1966/MARINE66
• 4.3.8 美国海军数据库-1966/NAVY66
• 4.3.9 美军女性复员数据库-1946/WAC46
• 4.3.10 加拿大军队数据库-1974/CANADA74
• 4.3.11 德国空军飞行员数据库-1968/GERMAN68
• AM'>4.3.12 拉丁美洲军队新兵数据库-1985/LATIN_AM
• 4.3.13 澳大利亚皇家空军数据库-1971/RAAF71
• 4.3.14 皇家空军机组乘务员数据库-1971/RAFCR71
• 4.3.15 皇家空军头部数据库-1972/RAFHEAD
• 4.3.16 皇家运输陆军医护兵-1976/RTRANS76
• 4.3.17 英国军队数据库-1975/UKAR75
• 4.3.18 英国卫兵数据库-1975/UKGUARD
• 4.3.19 越南军队数据库-1963/VIET63
• 4.3.20 美国空中交通指挥员数据库-1961/ATC61
• Fem'>4.3.21 美国健康检查女性数据库-1962/HEXAM_Fem
• M'>4.3.22 美国健康检查男性数据库-1962/HEXAM_M
• 4.3.23 美国执法人员数据库-1975/LAW75
• 4.3.24 美国航空女乘务员数据库-1972/STEW72
• 4.4 关于权重取值的讨论
• 4.5 与传统常用尺寸的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 ANSUR88男性数据库层次因子分析、子类排序及主尺寸分配结果
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果