[23.08.2012]
Технология моделирования внешнего обтекания движущихся живых существ
Компания ТЕСИС объявляет об успешной реализации технологии моделирования внешнего обтекания движущихся живых существ
Задачи определения характеристик взаимодействия движущихся биологических объектов, включая человека, с окружающей средой являются актуальными в различных областях, включая эргономику, медицину, промышленность, спорт. Область спорта представляет особый интерес, так как позволяет создавать новые методики тренировки спортсменов с учетом их индивидуальных особенностей выполнения движений.
Источники образования вторичного Распределение давления на теле спортсмена в разных фазах его движения
течения на теле спортсмена
(нажмите на картинку для увеличения)
Кроме того, важной является и более общая задача исследования способов передвижения живых существ в воде и в воздухе. До последнего времени опубликованные результаты исследований в области обтекания движущихся спортсменов были получены как решение квазинестационарной задачи — в виде набора результатов обтекания неподвижного спортсмена в разных позах (фазах его движения).
Такая постановка не в полной мере учитывает взаимодействие тела движущегося спортсмена с потоком воздуха или воды.
Разработанный компанией ТЕСИС подход основан на хорошо известных и освоенных в промышленности технологиях:
- технологии «подвижных тел» (Moving Body), разработанной в программном комплексе FlowVision
- технологии Захвата движения (Motion Capture)
Подвижные тела
Разработанная компанией ТЕСИС технология «подвижных тел» основана на математическом моделировании течения около тел, которые могут двигаться и деформироваться относительно неподвижных границ расчетной области.
Движение тел в пространстве может быть произвольным поступательно-вращательным с шестью степенями свободы.
Впервые технология моделирования обтекания «подвижных тел» была представлена компанией ТЕСИС в 1999 году и применена для решения разных прикладных задач:
- в судостроении — решение задач движении корпуса корабля при волнении
- в машиностроении — расчет работы шнековых/винтовых компрессоров и запорных клапанов
- в авиапромышленности — моделирование сброс/десантирования подвески и процесса открытия люка или механизации крыла
- в междисциплинарных задачах аэро- и гидроупругости
Подход, реализованный в программном комплексе FlowVision, отличает высокая скорость расчета по сравнению с традиционными подходами. Подавляющее большинство популярных коммерческих CFD кодов общего назначения используют лагранжевую расчетную сетку на основе тетраэдральных или гексагональных элементов, построение и трансформация которой требуют значительных вычислительных затрат.
Кроме того, лагранжевая расчетная сетка не может разрешить сложных движений тел, при которых происходит касание тел, проникновение их друг в друга, а также трансформация их топологии.
Расчетная сетка, используемая в FlowVision, принадлежит к классу эйлеровых сеток – она остается неизменной при движении тела, что существенно снижает ресурсоемкость задачи расчета движения тел и не накладывает ограничений на характер движения тел.
Захват движения (Motion Capture)
Технология Захвата движения внедрена и активно используется в игровой индустрии и индустрии кино. Технология позволяет анимировать мимику и движения виртуальных персонажей, созданных с использованием средств компьютерной графики (CGI), за счет оцифровки мимики и движений реальных людей на специальных оптико-измерительных стендах. Оцифровка выполняется при помощи набора маркеров, установленных на теле человека.
Движение маркеров фиксируется измерительной аппаратурой и, по полученному набору данных, анимируют мимические выражения лица персонажей или движение опорно-двигательного аппарата.
В качестве технологического партнера выступила компания Интеллект и Инновации, которая имеет на вооружении уникальное оптико-измерительное оборудование Qualisys, позволяющее выполнять съемку подвижных объектов в воздухе и под водой, и которая активно использует его для практических задач игровой индустрии, телевидения и спорта.
Общая технологическая цепочка состоит из следующих этапов:
- сканирование подвижного спортсмена с использованием технологии Захвата движения (Motion Capture)
- полученные данные с поверхности спортсмена обрабатываются и предстают в форме анимированного каркасного скелета, который помещается внутрь сеточной поверхностной модели спортсмена (Skin модификатор в Autodesk 3DMAX или Maya), где через весовые коэффициенты движение от скелета передается на вершины сетки
- анимированная модель передается в FlowVision для выполнения моделирования процесса внешнего обтекания
Реализованная впервые в мире междисицплинарная технология моделирования влияния условий среды на особенности биомеханики движущихся объектов переменной формы может быть внедрена в практику любой сторонней организации для дальнейшего самостоятельного использования.
Технология открывает широкие возможности по моделированию различных живых существ с целью более глубокого изучения принципов аэромеханики при их перемещении в пространстве.
Полную иллюстрированную версию этого сообщения Вы можете прочитать здесь.
О компании ТЕСИС
Компания ТЕСИС является одним из ведущих российских разработчиков и поставщиков инженерных решений для промышленных предприятий, исследовательских организаций и ВУЗов. Компания ТЕСИС предлагает программные комплексы и измерительное оборудование для современного оснащения и автоматизации конструкторских, расчетных и технологических подразделений во всех отраслях промышленности.
Наряду с лучшими решениями ведущих фирм мира, компания ТЕСИС предлагает собственные программные продукты, отвечающие новизной и высоким уровнем исполнения - 3DTransVidia, FlowVision).
ТЕСИС является технологическим партнером Dassault Systemes по решению сложных связанных задач взаимодействия жидкости и конструкции (FSI) на основе конечно-элементного кода SIMULIA Abaqus и пакета по вычислительной гидродинамике FlowVision.
Используя технологии программного продукта 3DTransVidia, компания ТЕСИС внедряет инновационные решения в области анализа качества цифровых моделей изделий, валидации и трансляции данных.
Компания ТЕСИС является активным участником ряда федеральных целевых программ по созданию отечественных расчетных кодов.
О компании "Интеллект и Инновации"
Компания компаниz "Интеллект и Инновации" специализируется на научных разработках в области биомеханики движения человека и животных, в том числе в спорте высших достижений. Для решения этих задач используется ряд новейших технологий из области искусственного интеллекта, нечеткой логики и применения нейронных сетей для обработки данных.
Компания обладает уникальной технологией трехмерной высокоскоростной съёмки с помощью оборудования Qualisys для получения данных о движении человека и животных и осуществлять моделирование движущихся объектов и проводить исследования их поведения.
В настоящее время компания осуществляет ряд научно-исследовательских работ в тесном сотрудничестве с Министерством спорта РФ в целях подготовки спортсменов сборных команд России для их участия в международных соревнованиях.
