《工效虛擬人建模技術與套用》針對系統人機界面設計需求,結合已有的工作基礎,從人的形狀尺寸、著裝特徵、操作行為、視覺和操作疲勞等方面,給出了工效虛擬人的建模理論與原則,並通過具體的實例,說明工效虛擬人在套用時所須考慮的因素、套用步驟和方法。書中的內容與系統人機界面設計仿真緊密聯繫,並有覆蓋工程設計實際的典型案例。
基本介紹
- 書名:工效虛擬人建模技術與套用
- 出版社:國防工業出版社
- 頁數:198頁
- 開本:16
- 品牌:國防工業出版社
- 作者:周前祥 諶玉紅
- 出版日期:2013年11月1日
- 語種:簡體中文
- ISBN:7118089303
基本介紹,內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
基本介紹
內容簡介
《工效虛擬人建模技術與套用》可作為人因工程研究人員、系統人機界面設計人員、載人太空飛行器總體設計和技術管理人員的參考讀物,也可供其他領域從事產品/系統工效學設計的相關專業人員參考,或作為高等院校工業設計、人因工程、系統工程方向師生的教學參考書。
作者簡介
周前祥,教授,博士生導師。1996年3月,博士畢業後進人中國航天員科研訓練中心航天工效學研究室工作。2009年10月進入北京航空航天大學工作,併入選2009年度教育部新世紀優秀人才。現任總裝管部載人航天工程可靠性維修性安全性專家組成員、系統仿真學報編委、北京航空航天大學生物與醫學工程學院人因工程研究所所長等職務。獲得省部級或軍隊科授進步二等獎7項、三簪獎3項。在國內外學術刊物和會議上發表論文100餘篇,其中SCI論文3篇、IEEE論文2篇、EI論文15篇。出版專著《航天要效學》、《虛擬現實技術及在航空航天中的套用》、《載人太空飛行器人機界面設計》,主特編制了一個國家軍用標準。目前主要從事航空航天人因工程、虛擬現實以及圖像處理等方面的研究工作。
諶玉紅,博士,高級工程師。現在總後勤部軍需裝備研究所服裝功效材料研究室主任、中國人類工效學學會理事、全國人類工效學標準化技術委員會委員、中國系統工程學會人—機—環系統工程專業委員會委員、中國系統工程學會軍事系統工程專業委員會副秘書長。總後勤部科技銀星,痢批全煙高層次科技創新人才工程學科拔尖人才培養對象,享受國務院政府特殊津貼。先後主持、參與了多項全軍後勤重大、重點科研項目,獲國家科技進步一等獎1項、二等獎1項,軍隊科技進步一等獎2項、二等獎2項、三等獎1項。在國內外學術刊物上發表論文60餘篇。獲國家發明專利7項。目前主要從事服裝工效、人—機—環系統工程獲相關領域研究工作。
牛海燕,工學碩士,現為總裝備部裝甲兵裝備技術研究所工程師、總裝備部“1153工程”培養對象。曾主持及參與了10多項軍隊緩科技攻關課題。獲軍隊科技進步一等獎1項、二等獎3項、三等獎多項,並於2012年榮立三等功1次。以第一作者發表論文20餘篇,授權專利2項,申請專利5項。目前主要從事陸軍裝備人—機—環系統工程的研究開發工作。
李潔,碩士。現任中國航天員科研訓練中心副研究員。主持參與了技術課題10餘項,在人—機—環系統理論研究及工程寞踐方面取得了突破。獲軍隊科技進步一等獎1頂、二等獎2項、三等獎5項。以第一作者發表論文1_0餘篇,參編專著1部。獲總裝備部優秀軍標一等獎、二等獎各1項。目前主要從事航天人機工效學贏用及基礎研究、計算機仿真研究等工作。
丁立,博士。副教授。現在北京航空航天大學生物與醫學工程學院從事教學和科研工作。作為負責人承擔科研項目20餘項,其中國家自然科學基金項目2項。獲得國防科工委科技進步三等獎1項。在國內外核心期刊發表論文50餘篇,其中已有30餘篇被EI和ISTP收錄,4篇被SCT收錄。獲發明專利7項。目前主要從事艙外航天服手套、人體傳熱、工效等研究工作。
諶玉紅,博士,高級工程師。現在總後勤部軍需裝備研究所服裝功效材料研究室主任、中國人類工效學學會理事、全國人類工效學標準化技術委員會委員、中國系統工程學會人—機—環系統工程專業委員會委員、中國系統工程學會軍事系統工程專業委員會副秘書長。總後勤部科技銀星,痢批全煙高層次科技創新人才工程學科拔尖人才培養對象,享受國務院政府特殊津貼。先後主持、參與了多項全軍後勤重大、重點科研項目,獲國家科技進步一等獎1項、二等獎1項,軍隊科技進步一等獎2項、二等獎2項、三等獎1項。在國內外學術刊物上發表論文60餘篇。獲國家發明專利7項。目前主要從事服裝工效、人—機—環系統工程獲相關領域研究工作。
牛海燕,工學碩士,現為總裝備部裝甲兵裝備技術研究所工程師、總裝備部“1153工程”培養對象。曾主持及參與了10多項軍隊緩科技攻關課題。獲軍隊科技進步一等獎1項、二等獎3項、三等獎多項,並於2012年榮立三等功1次。以第一作者發表論文20餘篇,授權專利2項,申請專利5項。目前主要從事陸軍裝備人—機—環系統工程的研究開發工作。
李潔,碩士。現任中國航天員科研訓練中心副研究員。主持參與了技術課題10餘項,在人—機—環系統理論研究及工程寞踐方面取得了突破。獲軍隊科技進步一等獎1頂、二等獎2項、三等獎5項。以第一作者發表論文1_0餘篇,參編專著1部。獲總裝備部優秀軍標一等獎、二等獎各1項。目前主要從事航天人機工效學贏用及基礎研究、計算機仿真研究等工作。
丁立,博士。副教授。現在北京航空航天大學生物與醫學工程學院從事教學和科研工作。作為負責人承擔科研項目20餘項,其中國家自然科學基金項目2項。獲得國防科工委科技進步三等獎1項。在國內外核心期刊發表論文50餘篇,其中已有30餘篇被EI和ISTP收錄,4篇被SCT收錄。獲發明專利7項。目前主要從事艙外航天服手套、人體傳熱、工效等研究工作。
圖書目錄
第1章緒論
1.1基本概念
1.1.1虛擬人
1.1.2工效學設計
1.1.3工效學評價
1.1.4工效虛擬人
1.2國內外研究概況
1.2.1人體幾何形狀建模
1.2.2動作(運動)或行為控制
1.2.3人體動作的心理認知機制
1.2.4基於工效虛擬人的產品(系統)工效學設計分析
與評估方法
1.2.5小結
1.3工效學三定律
1.4主要研究內容
1.5工效虛擬人的套用
參考文獻
第2章人體尺寸建模
2.1基本測量項目
2.1.1人體測量的定義及分類
2.1.2基本測試指標
2.2測量基準面
2.2.1方位述語
2.2.2軸和面
2.3基本測量方法
2.4測量數據的分析與建模
2.5人體尺寸的經驗公式
2.5.1人體尺寸差異分析
2.5.2常用的人體尺寸經驗公式
2.5.3人體尺寸相關性的新思考
2.6Hanavan人體尺寸模型
2.6.1概述
2.6.2模型內涵
參考文獻
第3章人體著裝仿真建模
3.1服裝的基本功能
3.2人體熱平衡方程
3.2.1人體產熱量
3.2.2通過皮膚表面的不顯汗蒸發所散失的熱量
3.2.3汗液通過皮膚表面蒸發所散失的熱量
3.2.4通過呼吸產生的蒸發散熱量
3.2.5通過呼吸產生的對流散熱量
3.2.6通過服裝的乾熱傳熱量
3.2.7通過服裝外表面的輻射熱交換量
3.2.8通過服裝外表面的對流熱交換量
3.2.9熱平衡方程式的求解
3.3暖體假人仿真模型
3.3.1設計原理
3.3.2結構及特點
3.3.3主要技術指標
3.3.4仿真模型的調控品質
3.3.5試驗模式
3.4出汗假人仿真模型
3.4.1設計原理
3.4.2系統構成
3.4.3主要技術指標
3.4.4出汗模擬
3.4.5仿真模型的調控品質
3.4.6試驗模式
3.5燃燒假人仿真模型
3.5.1人體皮膚燒傷程度及特點
3.5.2仿真模型設計原理
3.5.3構成及特點
3.5.4主要技術指標
3.5.5試驗過程方法
參考文獻
第4章虛擬人的運動建模
4.1運動建模流程
4.2虛擬人運動模型
4.2.1幾何外觀模型
4.2.2運動、動力學模型
4.3運動學計算基本理論
4.3.1歐拉角描述
4.3.2歐拉變換方程
4.3.3剛體運動基本公式
4.4動力學計算基本理論
4.4.1廣義速率、偏速度及偏角速度
4.4.2廣義主動力和廣義慣性力
4.4.3Kane方程
4.5運動建模實例
4.5.1航天員模型
4.5.2建模實例及模型描述
4.5.3計算過程
4.5.4結果及討論
4.5.5建模驗證
參考文獻
第5章工效虛擬人的視覺建模
5.1虛擬人的視覺特性表達方法
5.1.1人眼的視覺特性指標
5.1.2數據採集方法及設備
5.2人體視覺特性影響的因素分析
5.2.1頭盔面窗對人體視覺特性的影響
5.2.2光學環境對人眼視覺特性的影響
5.2.3特因環境對人視覺特性的影響
5.2.4失重環境對人視覺特性的影響
5.3基於虛擬人視覺特性的圖像生成技術
5.3.1基於立體視覺的圖像生成
5.3.2觀察運動物體時的視覺現象
5.3.3基於視敏度的人眼成像研究
5.3.4基於人眼對比度敏感視覺特性的圖像生成
5.4基於虛擬人視覺特性的光學照明環境建模
5.4.1光學照明環境特性及設備
5.4.2光照模型仿真技術
5.4.3基於虛擬人眼特性的光照環境建模
參考文獻
第6章操作疲勞建模
6.1疲勞定義及其產生機制
6.2工效虛擬人疲勞評價的特點
6.3NIOSH方程
6.3.1術語定義
6.3.2提舉任務限制
6.3.3提舉方程及其參數說明
6.3.4提舉指數
6.4基於力變化的疲勞模型
6.5蹬踏動作的力一疲勞分析
6.5.1試驗方案
6.5.2數據處理與分析
參考文獻
第7章工效虛擬人套用分析
7.1套用研究現狀
7.1.1人機工程仿真發展概況
7.1.2人體建模方法
7.1.3人體建模商業軟體
7.2Jack軟體
7.2.1Jack軟體概述
7.2.2虛擬人模型
7.2.3工效分析功能
7.2.4連線外部設備的動作驅動功能
7.2.5二次開發功能
7.3基於Jack軟體的人機工效分析
7.3.1人機工效分析評價的一般概念
7.3.2人體模型本土化改造
7.3.3幾何建模
7.3.4基於Jack軟體的人機工效分析套用實例
7.4特種車輛人機界面適配性虛擬分析與評價軟體開發
7.4.1需求分析
7.4.2人機界面適配性綜合評價模型
7.4.3虛擬乘員人體模型建立
7.4.4三維幾何模型建立
7.4.5人機互動模型建立
7.4.6綜合評價軟體系統實現
7.4.7綜合評價軟體在新型號設計中的套用
參考文獻
1.1基本概念
1.1.1虛擬人
1.1.2工效學設計
1.1.3工效學評價
1.1.4工效虛擬人
1.2國內外研究概況
1.2.1人體幾何形狀建模
1.2.2動作(運動)或行為控制
1.2.3人體動作的心理認知機制
1.2.4基於工效虛擬人的產品(系統)工效學設計分析
與評估方法
1.2.5小結
1.3工效學三定律
1.4主要研究內容
1.5工效虛擬人的套用
參考文獻
第2章人體尺寸建模
2.1基本測量項目
2.1.1人體測量的定義及分類
2.1.2基本測試指標
2.2測量基準面
2.2.1方位述語
2.2.2軸和面
2.3基本測量方法
2.4測量數據的分析與建模
2.5人體尺寸的經驗公式
2.5.1人體尺寸差異分析
2.5.2常用的人體尺寸經驗公式
2.5.3人體尺寸相關性的新思考
2.6Hanavan人體尺寸模型
2.6.1概述
2.6.2模型內涵
參考文獻
第3章人體著裝仿真建模
3.1服裝的基本功能
3.2人體熱平衡方程
3.2.1人體產熱量
3.2.2通過皮膚表面的不顯汗蒸發所散失的熱量
3.2.3汗液通過皮膚表面蒸發所散失的熱量
3.2.4通過呼吸產生的蒸發散熱量
3.2.5通過呼吸產生的對流散熱量
3.2.6通過服裝的乾熱傳熱量
3.2.7通過服裝外表面的輻射熱交換量
3.2.8通過服裝外表面的對流熱交換量
3.2.9熱平衡方程式的求解
3.3暖體假人仿真模型
3.3.1設計原理
3.3.2結構及特點
3.3.3主要技術指標
3.3.4仿真模型的調控品質
3.3.5試驗模式
3.4出汗假人仿真模型
3.4.1設計原理
3.4.2系統構成
3.4.3主要技術指標
3.4.4出汗模擬
3.4.5仿真模型的調控品質
3.4.6試驗模式
3.5燃燒假人仿真模型
3.5.1人體皮膚燒傷程度及特點
3.5.2仿真模型設計原理
3.5.3構成及特點
3.5.4主要技術指標
3.5.5試驗過程方法
參考文獻
第4章虛擬人的運動建模
4.1運動建模流程
4.2虛擬人運動模型
4.2.1幾何外觀模型
4.2.2運動、動力學模型
4.3運動學計算基本理論
4.3.1歐拉角描述
4.3.2歐拉變換方程
4.3.3剛體運動基本公式
4.4動力學計算基本理論
4.4.1廣義速率、偏速度及偏角速度
4.4.2廣義主動力和廣義慣性力
4.4.3Kane方程
4.5運動建模實例
4.5.1航天員模型
4.5.2建模實例及模型描述
4.5.3計算過程
4.5.4結果及討論
4.5.5建模驗證
參考文獻
第5章工效虛擬人的視覺建模
5.1虛擬人的視覺特性表達方法
5.1.1人眼的視覺特性指標
5.1.2數據採集方法及設備
5.2人體視覺特性影響的因素分析
5.2.1頭盔面窗對人體視覺特性的影響
5.2.2光學環境對人眼視覺特性的影響
5.2.3特因環境對人視覺特性的影響
5.2.4失重環境對人視覺特性的影響
5.3基於虛擬人視覺特性的圖像生成技術
5.3.1基於立體視覺的圖像生成
5.3.2觀察運動物體時的視覺現象
5.3.3基於視敏度的人眼成像研究
5.3.4基於人眼對比度敏感視覺特性的圖像生成
5.4基於虛擬人視覺特性的光學照明環境建模
5.4.1光學照明環境特性及設備
5.4.2光照模型仿真技術
5.4.3基於虛擬人眼特性的光照環境建模
參考文獻
第6章操作疲勞建模
6.1疲勞定義及其產生機制
6.2工效虛擬人疲勞評價的特點
6.3NIOSH方程
6.3.1術語定義
6.3.2提舉任務限制
6.3.3提舉方程及其參數說明
6.3.4提舉指數
6.4基於力變化的疲勞模型
6.5蹬踏動作的力一疲勞分析
6.5.1試驗方案
6.5.2數據處理與分析
參考文獻
第7章工效虛擬人套用分析
7.1套用研究現狀
7.1.1人機工程仿真發展概況
7.1.2人體建模方法
7.1.3人體建模商業軟體
7.2Jack軟體
7.2.1Jack軟體概述
7.2.2虛擬人模型
7.2.3工效分析功能
7.2.4連線外部設備的動作驅動功能
7.2.5二次開發功能
7.3基於Jack軟體的人機工效分析
7.3.1人機工效分析評價的一般概念
7.3.2人體模型本土化改造
7.3.3幾何建模
7.3.4基於Jack軟體的人機工效分析套用實例
7.4特種車輛人機界面適配性虛擬分析與評價軟體開發
7.4.1需求分析
7.4.2人機界面適配性綜合評價模型
7.4.3虛擬乘員人體模型建立
7.4.4三維幾何模型建立
7.4.5人機互動模型建立
7.4.6綜合評價軟體系統實現
7.4.7綜合評價軟體在新型號設計中的套用
參考文獻