Jack人機工效虛擬仿(fang)真系統由津發科技自主研發的ErgoLAB可穿戴動作捕捉系統、德國Siemens Jack人機工效虛擬仿真軟件、虛擬現實交互設備等核心部件組成，人機工效分析系統基于Jack虛擬仿真環境結合人體真實動作數據驅動數字人模型來對人體工效學限制進行定量分析解決方案，可以進行可視性分析、可達性分析、舒適度分析、疲勞度分析、作業分析等人機工效分析；德國Siemens公司(si)Jack人機工(gong)效(xiao)分析(xi)系統虛擬仿真(zhen)軟件(jian)是一個人體建模(mo)與仿真(zhen)人機工(gong)效(xiao)學分析(xi)軟件(jian)解決(jue)方案，幫助各行業(ye)的組(zu)織提高產品設計的工(gong)效(xiao)學因(yin)素和改進(jin)車間的任務。

人(ren)(ren)在(zai)虛(xu)擬仿真環境中與數(shu)字樣機進行人(ren)(ren)機交互(hu)，在(zai)人(ren)(ren)機交互(hu)過程中采集人(ren)(ren)的動(dong)作與行為(wei)(wei)數(shu)據并(bing)對人(ren)(ren)機工效分析(xi)做(zuo)客(ke)觀(guan)定量數(shu)據支撐；主要(yao)采用的定量數(shu)據包含：人(ren)(ren)體(ti)運動(dong)中行為(wei)(wei)與動(dong)作數(shu)據，手部(bu)運動(dong)等，可以測量人(ren)(ren)體(ti)的14個關節部位如下：頸部、胸部、左肩關節、左肘關節、左腕關節、右肩關節、右肘關節、右腕關節、左髖關節、左膝關節、左踝關節、右髖關節、右膝關節、右踝關節、

人機工(gong)效(xiao)分析(xi)驗證平臺解(jie)決(jue)方(fang)案的(de)提出，為像兵器、航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天(tian)、汽車造船等制造工(gong)程行(xing)業應(ying)用(yong)的(de)人機工(gong)效(xiao)分析(xi)、評價及驗證提供了一個(ge)合理的(de)解(jie)決(jue)途徑。解(jie)決(jue)方(fang)案貫穿于整個(ge)產品生命(ming)周期的(de)全過(guo)程，從(cong)設(she)計角度為出發點和，關注設(she)計、制造、維修維護等階段。

在實(shi)現(xian)的技(ji)術上，以(yi)人機工(gong)效(xiao)軟件為(wei)基(ji)礎(chu)，采用(yong)沉浸式(shi)的虛擬現(xian)實(shi)技(ji)術及虛擬交互設備，如(ru)動作捕(bu)捉(zhuo)系統、手套等，為(wei)人機工(gong)效(xiao)分析及驗證提(ti)供了(le)沉浸式(shi)的虛擬應用(yong)環(huan)境。

作(zuo)為整體(ti)(ti)解決方案，建(jian)立了(le)一套符合國家標(biao)(biao)(biao)準(zhun)的(de)分析驗(yan)證(zheng)評(ping)價(jia)體(ti)(ti)系(xi)(xi)及(ji)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)，按照工程任務(wu)執行種類(lei)，分類(lei)將人(ren)體(ti)(ti)建(jian)模標(biao)(biao)(biao)準(zhun)、工裝過程的(de)可達(da)可視及(ji)可操作(zuo)性(xing)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)、舒(shu)適度及(ji)疲(pi)勞感評(ping)價(jia)指(zhi)標(biao)(biao)(biao)納入(ru)到指(zhi)標(biao)(biao)(biao)體(ti)(ti)系(xi)(xi)庫中。這樣人(ren)機(ji)工效(xiao)分析驗(yan)證(zheng)平臺(tai)便有了(le)運(yun)行的(de)技(ji)術基礎(chu)。

在此(ci)基礎(chu)之上，實現沉(chen)浸式的(de)虛擬人機(ji)環(huan)境，是將動作捕捉系統、分析(xi)評(ping)價指標(biao)(biao)體系及指標(biao)(biao)庫與人機(ji)工效軟件結合(he)，進行二次(ci)開發(fa)，通(tong)過API接口進行應(ying)用(yong)級的集成(cheng)，納入到一(yi)個統一(yi)的應(ying)用(yong)平臺之中，便形成(cheng)了解決方案(an)總體的技術框架。

這樣的(de)人(ren)機工(gong)效分析驗證平臺(tai)，便擁有(you)了(le)快捷的(de)人(ren)素真實數(shu)據(ju)的(de)捕(bu)獲方法，并且在人(ren)機工(gong)效軟件的(de)運行(xing)中，可以即時調出相應的(de)評價體系指標數(shu)據(ju)，并行(xing)的(de)進行(xing)分析和(he)驗證。

jack最初是由賓夕(xi)法尼(ni)亞大學的人類(lei)模(mo)型和模(mo)擬中(zhong)心(Center for Human Modeling and Simulation at the University of Pennsylvania)開發，目前是德國西門子PLM旗下的一(yi)員。使用Jack可(ke)以(yi)：

1、建立一個虛擬的環境
2、創(chuang)建一個虛擬人(ren)
3、定義人體大小和形狀(zhuang)
4、把人放在環境中
5、給(gei)人指派任(ren)務
6、分(fen)析人(ren)體如(ru)何(he)執行任務

從jack獲得(de)的信息可以(yi)幫助您設計更安全、更符合人體工程(cheng)學的產品、工作場所和更快的流程(cheng)和使用更低的成本(ben)。

 第1步：建(jian)立一個虛擬的環(huan)境

除了(le)人體建模之外，jack還是(shi)是(shi)一個功(gong)能強大的互動性(xing)、實(shi)時視(shi)景(jing)仿真解(jie)決方案。您可以導(dao)入(ru)CAD數據或從(cong)草圖(tu)開始建立模(mo)型(xing)，在周(zhou)圍(wei)的環境中移動(dong)物體，交互式地改變相機的視圖(tu)和創建特殊效果，以提高(gao)您“現場”的真(zhen)實(shi)性。

導入CAD模型-jack可(ke)以(yi)導入基于VRML，IGES，立體(STL)的和(he)inventor (iv)文(wen)件格式的3D圖(tu)形數據。此外，軟件提供了(le)減小CAD數據(ju)的功能來(lai)優化模(mo)型，用于實時仿真。OpenGL Optimizer的(de)使(shi)用(yong)可(ke)以(yi)在不損害視頻保真度的(de)情(qing)況下相當程度的(de)減少模(mo)型的(de)棱(leng)角。

在jack中創建(jian)幾(ji)何圖(tu)形-jack允許您從(cong)草圖(tu)開始建(jian)立模型(xing)，用于概念設計。您可以創建(jian)簡單(dan)的幾何圖(tu)形，如立方體、球、圓(yuan)柱、圓(yuan)錐和圓(yuan)環 。熟練(lian)操作后，您可(ke)以合并這些(xie)簡單的(de)圖(tu)形成為更(geng)加復(fu)雜的(de)部件(jian)，如機械(xie)工具和車輛(liang)。jack還提供了一套基(ji)本的(de)工具（錘子，鉗子，梯子，棘輪，鋸，螺(luo)絲刀(dao)和扳手(shou)）。

給您(nin)的環(huan)境一(yi)個真(zhen)實的外觀(guan)-jack的(de)(de)視圖，紋理映射(she)和照明功能，幫(bang)助您賦予您的(de)(de)虛擬環境更有說(shuo)服力的(de)(de)外觀(guan)。

在jack中(zhong)可以很容易地改變視(shi)圖，通過鼠標按鈕可以基于一個參考點，水平或垂直(zhi)或放大“相機”。此外，您也可以將視圖參考(kao)點定位到指(zhi)定的(de)對(dui)象(xiang)上，為某些對(dui)象(xiang)加上相機(ji)，如人(ren)的(de)眼睛(jing)，并建立剖視圖。使用紋理(li)映射，基(ji)礎(chu)的(de)圖像文件，如云彩、公路、工廠內(nei)部或機(ji)器的(de)控制面板可用于(yu)增加視覺細節場景，而不會增加額外的(de)幾何形狀(zhuang)。jack的經典照明能力(li)，可(ke)以幫助您突出環境中的區(qu)域和加(jia)強場景的真(zhen)實感。

第2步(bu)：創建一個(ge)虛擬的人體

jack提供(gong)業界最準確的人體生物力學模型。基于1988年美國軍方人體(ti)調查(ANSUR 88)的三維人體(ti)測量技術,jack的人體模型：

1、有69個部分，68節，17段脊柱，16段的手，加上肩/鎖骨關節和(he)135度(du)(du)的自由度(du)(du)。 
2、遵(zun)照來(lai)自NASA研究的共同(tong)限制(人體測量(liang)資料(liao)書，第二(er)卷。人體測量(liang)數據手冊，NASA RP-1024 技術報(bao)告)
3、可描繪成數字、線框、陰影、高解析度或透明模式。

選擇不同類(lei)型的人-jack可以讓您建立不同(tong)類型的人。您可以從菜單中選(xuan)擇下(xia)列預定義的人物：

1、大、中、小的人體-基(ji)于SAE的建(jian)議(yi)的人的物理尺寸(SAE J833)； 
2、矮小和高(gao)大的男人(ren)和女人(ren)-基于ANSUR 88 的人體極限數(shu)字；
3、大(da)、中、小的日本人-基于已承認(ren)的(de)日本(ben)人體型數據；
4、高清晰度的(de)男(nan)人和女(nv)人-代表第50百分位的男性(xing)和女性(xing)，基于ANSUR 88。

第(di)3步：定義人體大小(xiao)和(he)形狀 

人體模擬(ni)軟件(jian)，為了可(ke)靠地確(que)定某(mou)個設計是否可(ke)以適應不同的人體尺(chi)寸(cun)，它必須(xu)采用正確(que)的方(fang)法來構(gou)建人體范圍。jack使用(yong)三種方法來構建人體范圍。您可以(yi)：

1、從一套包含77個人體的人體類型中選擇，它(ta)們代表了(le)一系(xi)列大小不同的11個人體測量數(shu)據，這是基于(yu)ANSUR 88數據庫的(de)；
2、通過給出一個指(zhi)定(ding)的寬放來構造人體，如肩寬度，坐高(gao)，等等;然后(hou)由一種(zhong)算法自動給出其余的尺寸；
3、給出身高和重量;其余尺寸由基于ANSUR 88數(shu)據庫的統計模型自(zi)動(dong)生成。

第4步：把人體放置于環境中

jack允許(xu)讓你操縱人體的(de)個別(bie)部分(fen)與遵照基于NASA研究的(de)角度限制的(de)關節(jie)連接。當您在一個(ge)jack虛擬人(ren)體中移(yi)動身體的(de)一(yi)部(bu)分的(de)時候(hou)，軟件使用實時逆運動學確定(ding)關(guan)聯(lian)部(bu)分和關(guan)節(jie)的(de)位置。例如，當您移(yi)動一(yi)個人(ren)體的(de)手，上下(xia)臂部(bu)分及相關(guan)關(guan)節(jie)就會像真實的(de)人(ren)體一(yi)樣移(yi)動。

設(she)置(zhi)您(nin)的虛擬人體的姿態-jack允許(xu)你通過直(zhi)接操縱(zong)關節或(huo)從一個包含30個預(yu)定義態(tai)(tai)勢的(de)庫中選(xuan)擇來(lai)描述你虛(xu)擬人(ren)(ren)體的(de)姿態(tai)(tai)。您可以操縱虛(xu)擬人(ren)(ren)體，通過移動虛(xu)擬人(ren)(ren)的(de)頭(tou)部、眼睛、肩膀(bang)、軀干、質心、骨盆(pen)、四肢、腳(jiao)或(huo)其整個身(shen)體。

指定jack的行為參(can)數-jack允許您指定虛擬人是如何動作(zuo)的，當(dang)其(qi)運動被控制的時候，不是直(zhi)接的操作(zuo)，而是由外部(bu)力量驅動。jack人體會將(jiang)根(gen)據您定義的參數自(zi)動移動。例如，如果jack正在(zai)將一個物(wu)體舉過頭頂，你把(ba)物(wu)體放在(zai)地面上，“行為控(kong)制”決定jack是否會彎腰(yao)、前行(xing)一(yi)步(bu)以保(bao)持(chi)其平衡，使他(ta)的眼睛注視對象等(deng)。jack允許您(nin)定義：

1、使工(gong)廠盡早上線
2、優(you)化(hua)手工流程(cheng)
3、改善工(gong)人的安全
4、較(jiao)低的工人賠償費用
5、減少停機時間和再培訓的費用

在產品生命周期的制造(zao)階段，人(ren)體仿真允(yun)許(xu)您回答這些(xie)問題(ti)：

1、頭部和眼(yan)睛是否跟蹤一個物體
2、頭部和(he)眼睛是否保持自(zi)己(ji)的位置
3、軀干(gan)位置如何(he)，以及(ji)如何(he)彎曲（從(cong)腰(yao)部，從(cong)頸(jing)部，或使用(yong)特(te)定的椎骨） 
4、這個人(ren)體如(ru)何保持(chi)其平(ping)衡(heng)，以(yi)及是否前行一步以(yi)重新平(ping)衡(heng)
5、骨盆的方向如(ru)何
6、四肢的位置如何
7、膝蓋(gai)的位置如(ru)何
8、腳的(de)位置(zhi)如何

定義jack與環境的關系-jack的(de)約束系(xi)統使您(nin)可以(yi)指定您(nin)的(de)虛(xu)擬人體與虛(xu)擬環境互動。jack允(yun)許您(nin)以(yi)(yi)各種不同的方式定義人體和(he)物(wu)體之間的約束(shu)。例如，您(nin)可以(yi)(yi)創建約束(shu)來保持jack的背(bei)部靠(kao)到汽車座(zuo)椅，他的右腳踩著(zhu)油門。當(dang)座(zuo)位(wei)移(yi)動，jack將遵循這些(xie)約束(shu)，其他(ta)關節也會相應(ying)移(yi)動。

為了確定虛擬人體(ti)是(shi)如何抓住物體(ti)的，jack提供五個預定義的類(lei)型。您指(zhi)定了(le)抓握類(lei)型，軟件就會計算在實際圍繞一(yi)個特定物體的時候手是如何閉合的。

第5步：給(gei)人體指派任務(wu)

對于某些類型的(de)(de)工效學或人體工程學的(de)(de)研究，用戶只需(xu)在(zai)一個靜態的(de)(de)姿勢(shi)評價人體。(當達到某個控(kong)制(zhi)的時候他(ta)看到了什么？不同大小的人體是否具有相同的視野？)其他研究需要人體運動。(人(ren)體(ti)遇到障礙(ai)物是(shi)否會移走或取代其中一部分？)jack使(shi)您能夠通過其內(nei)置運動(dong)(dong)系統(tong)及其虛擬現實工具界面(mian)定(ding)義(yi)人(ren)體的運動(dong)(dong)。

直接的移動人(ren)體-jack提(ti)供了一個內置運動系統來定義(yi)必(bi)須在時間限制下執(zhi)行(xing)的(de)任務。jack模擬包括幾個不同的(de)(de)動作，許(xu)多動作是同時發生的(de)(de)，并且指定了(le)間(jian)隔時間(jian)。您可以在jack中創建(jian)交(jiao)互(hu)式(shi)的(de)動(dong)(dong)(dong)作來控制頭部、眼睛、軀干、骨盆、質心、手(shou)臂、手(shou)、腳(jiao)的(de)運(yun)動(dong)(dong)(dong)。此外，您也可以使物體和相機(ji)移動(dong)(dong)(dong)。

當您(nin)創(chuang)建一個仿真后，您(nin)可以將(jiang)它保存和(he)回(hui)放(fang)它，更換不同(tong)大小的(de)虛(xu)擬人體來執行同(tong)樣的(de)任務(wu)。另外，您(nin)也可以在環(huan)境中調整各種物體的(de)的(de)大小或位置，并重新運行模擬來研究空間(jian)關系，時間(jian)和(he)空隙的(de)改變(bian)情況。

利用虛擬現實(shi)工具，確定人體運動-jack允許您使(shi)用各(ge)種各(ge)樣的虛擬現實(shi)工具(ju)來創建真實(shi)的動作或體(ti)驗模擬。該軟件(jian)支持(chi)：

1、Ascension Technologys Flock of Birds
2、Virtual Technologys Cyberglove and Cybergrasp
3、Virtual Research Systems Head Mounted Display
4、Stereographics Crystaleyes
5、NuVision Shutter Panels

步驟(zou)6 ：分析虛擬(ni)人體如何執行任務 

jack提供了一些基本(ben)的(de)工具(ju)，以(yi)幫助您評估(gu)虛擬人體的(de)動作(zuo)。更先進(jin)的(de)人機(ji)工程分(fen)析工具(ju)，是Task Analysis和Occupant Packaging Toolkits.

看(kan)(kan)看(kan)(kan)jack可以得到的-jack提供了多(duo)種功能的評價工具。您可以(yi)：

1、創建從(cong)jack人體模型出發的eye Windows 
2、創建視(shi)野來說明在(zai)第三者看來jack人體能看到(dao)的
3、測量(liang)jack人體的眼睛和(he)任何物體之間的距離
4、控制jack人體的頭/眼跟蹤(zong)一個物體(ti)的運動

評價jack人體可以夠到的距離-jack的延伸分析(xi)能力(li)使您能夠：

1、確定是否有(you)人體可(ke)以(yi)夠(gou)到目(mu)標對象
2、測量jack人體(ti)的(de)眼睛和任(ren)何(he)物體(ti)之間的(de)距(ju)離
3、建立(li)延伸邊(bian)界(jie)，以圖形顯示，定(ding)義人體可以達到的范(fan)圍
4、導出延伸(shen)邊界到(dao)您的CAD系統，作為(wei)設計的范(fan)圍

測試適合(he)度和容納度-jack幫助(zhu)您(nin)確定(ding)是(shi)否您(nin)的設計考慮了各種規模的人(ren)體(ti)。您(nin)可以：

1、放置一個虛擬人體，然后(hou)利用這種姿(zi)勢，測試各(ge)種不同規模的人體；
2、當其相對(dui)位置變化時，交互式測量(liang)環境中任何兩(liang)點(dian)之間的距離(li)，這有助于量(liang)化您(nin)的設(she)計適合您(nin)的目標人群的程度(du)。
3、物體(ti)(ti)移動時(shi)，突出人體(ti)(ti)和(he)物體(ti)(ti)碰(peng)撞的實時(shi)數據。

計算人(ren)體的(de)受力和(he)力矩-jack使您(nin)可以計算出在一個特定的姿勢下一個人的關節和體(ti)(ti)節的受力(li)情況。因此(ci)，您(nin)可以比較用來完成各項任(ren)務(wu)的力(li)量(liang)。軟件還可以讓您(nin)加上(shang)虛擬人體(ti)(ti)持(chi)有物體(ti)(ti)的重量(liang)這個因子(zi)，代表更多的外部力(li)量(liang)，如G力。

利(li)用動畫和圖像觀察結果-jack產生動畫和(he)靜止幀圖像的(de)(de)功能可以(yi)幫助(zhu)您找出統(tong)計(ji)報(bao)告不(bu)能給出的(de)(de)結果。您可以(yi)在(zai)任何場(chang)景中創建反(fan)鋸齒的(de)(de).rgb圖像。您還可(ke)以輕松地(di)將您的模擬導出AVI或Quicktime電影。

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