DOSTOSOWANIE NUMERYCZNEGO MODELU CIAŁA CZŁOWIEKA DO REKONSTRUKCJI
UPADKÓW Z WYSOKOŚCI
Marcin Milanowicz
1a1Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Czerniakowska 16, Warszawa
amarmi@ciop.pl
Streszczenie
Z uwagi na dużą liczbę wypadków przy pracy, w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy – Państwowym Insty- tucie Badawczym (CIOP-PIB), podjęto działania nad wykorzystaniem symulacji numerycznej do ich rekonstruk- cji. Pierwsze prace z zakresu tej tematyki wykazały, że wykorzystywany przez CIOP-PIB numeryczny model ciała człowieka należy dostosować do specyfiki konkretnych wypadków, m.in. upadków z wysokości. Dostosowanie pole- gało na wprowadzeniu do modelu funkcji, które umożliwiałyby uwzględnienie ruchów, jakie wykonuje człowiek w momencie utraty równowagi. W tym celu przeprowadzono badania określające te ruchy. W wyniku przeprowa- dzonych badań uzyskano dane wejściowe do modelu w formie zestawów funkcji opisujących zmianę kątów w po- szczególnych stawach człowieka. Funkcje zaimplementowano do numerycznego modelu ciała człowieka.
Słowa kluczowe: metoda układów wieloczłonowych, madymo, numeryczny model ciała człowieka, upadek z wysokości
ADJUSTMENT OF NUMERICAL MODEL OF THE HUMAN BODY FOR RECONSTRUCTION FALLS FROM HEIGHT
Summary
Due to a high number of accidents at work at the Central Institute for Labour Protection - National Research Institute (CIOP-PIB) actions have been undertaken to apply numerical simulation for their reconstruction. First works on this issue have shown that model of the numerical human body used by CIOP-PIB should be adapted to the specificities of accidents include falls from height. Adaptation involved supplementing to the model functions allowing taking into account movements of the human at the time of losing balance. In order to do this, a study to determine these movements has been carried out. The study resulted in obtaining inputs to the model in the form of sets of functions describing the human movement. Functions has been implemented into the numerical model of the human body.
Keywords: multibody systems, madymo, numerical human body model, fall from height
1. WSTĘP
Rokrocznie liczba poszkodowanych w wypadkach przy pracy wg danych Głównego Urzędu Statystycznego utrzymuje się na poziomie ok. 90 000. Najliczniejszą grupą tych zdarzeń są poślizgnięcia, przewrócenia oraz upadki z wysokości. Stanowią one średnio 25-30%
wszystkich wypadków przy pracy. Najczęstszymi zda- rzeniami powodującymi upadek z wysokości jest utrata równowagi spowodowana: niestatecznością czynnika
materialnego (np. drabiny), poślizgnięciem, potknięciem, wchodzeniem na słupy, rusztowania i inne konstrukcje oraz utrata równowagi podczas prac na skraju dachu [1].
W związku z dużą liczbą wypadków przy pracy od kilku lat w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy – Państwowym Instytucie Badawczym (CIOP-PIB) pro- wadzone są prace nad wykorzystaniem metod nume- rycznych do rekonstrukcji wypadków związanych
Marcin Milanowicz
z zagrożeniami mechanicznymi [2]. Podstawowym zało- żeniem wykorzystania metod numerycznych do rekon- strukcji wypadków jest dążenie do odtworzenia rzeczy- wistej sytuacji wypadkowej za pomocą symulacji nume- rycznej. Dzięki numerycznemu modelowaniu zjawisk fizycznych możliwe jest odtworzenie rzeczywistego lub zbliżonego do rzeczywistego biegu wydarzeń, jego skut- ków oraz przyczyn, opierając się na prawach fizyki. Do symulacji wypadków w CIOP-PIB wykorzystywany jest numeryczny model ciała człowieka [3], który wiernie odwzorowuje kinematykę człowieka oraz umożliwia ocenę urazów. Prace nad rekonstrukcją wykazały jednak pewne ograniczenia istniejącego modelu uniemożliwiające pełną i wiarygodną analizę niektórych typów wypadków, m.in. związanych z upadkami [4]. Obecnie do numerycz- nego rekonstruowania oraz symulacji wypadków związa- nych z upadkiem wykorzystywane są pasywne nume- ryczne modele ciała ludzkiego, tzn. takie, które zachowu- ją ogólną kinematykę człowieka, ale nie uwzględniają ruchów ciała wynikających z napięcia mięśni. Oznacza to, że podczas symulacji upadku numeryczny model opisuje bezwładny upadek ciała człowieka na podłoże.
Jednak istotnym czynnikiem mającym wpływ na trajek- torię upadku jest reakcja człowieka w momencie utraty równowagi. Wówczas podlegający upadkowi człowiek określa warunki początkowe, które są danymi wejścio- wymi do rozpoczęcia numerycznej symulacji upadku.
Aby w procesie rekonstrukcji upadku z wysokości uwzględnić reakcję człowieka, należy wprowadzić do modelu numerycznego funkcje opisujące ruch początko- wy ciała człowieka w momencie utraty równowagi, np. funkcje zawierające informację o wartościach kątów w danej chwili czasowej mierzonych w poszczególnych stawach człowieka. Innymi słowy, należy zapisać w modelu numerycznym człowieka sposób, w jaki ciało ma się poruszać w momencie utraty równowagi i upad- ku. Dzięki temu symulacja upadku będzie znacznie bliżej rzeczywistości. Korzyści, jakie płyną z zastosowania takiego modelu, to przede wszystkim:
• możliwość ustalenia dokładniejszej (niż w przy- padku modelu pasywnego) trajektorii ciała w trakcie upadku,
• bardziej wiarygodna ocena urazów będących wy- nikiem upadku.
Aby uzyskać funkcje opisujące ten ruch, niezbędne jest przeprowadzenie badań z udziałem ochotników, które pozwolą zarejestrować ruchy, jakie wykonuje człowiek w momencie utraty równowagi. Przeprowadzenie tego typu badań w warunkach rzeczywistych, tzn. zainicjo- wanie upadku badanego znajdującego się na dużej wysokości, jest niemożliwe z dwóch powodów: po pierw- sze, ze względu na narażenie badanego na realne niebez- pieczeństwo utraty zdrowia lub życia, po drugie, ze względu na fakt, że przebieg badania należy zarejestro- wać specjalną aparaturą, której zainstalowanie w takich
warunkach byłoby bardzo trudne. W związku z tym badania należy przeprowadzić w ograniczonym zakresie, tj. w warunkach laboratoryjnych na poziomie podłoża lub na bardzo małej wysokości nad ziemią. Tu pojawia się problem polegający na tym, że laboratorium nie przypomina warunków panujących przy wykonywaniu pracy na wysokości, więc zainicjowanie utraty równowa- gi w takich warunkach mogłoby dać wyniki niezgodne z rzeczywistością. Zatem, w jaki sposób przeprowadzić takie badanie w laboratorium tak, aby badany odczu- wał, że znajduje się na dużej wysokości nad ziemią, a jednocześnie był bezpieczny przez cały czas trwania badania? Rozwiązaniem tego problemu jest nowoczesna technika zanurzeniowej rzeczywistości wirtualnej (VR).
Technika VR polega na odizolowaniu badanego od bodźców wzrokowych i dźwiękowych rzeczywistego środowiska, zamiast których prezentowany jest obraz i dźwięk symulowanego świata. Zadanie to spełnia urządzenie zwane HMD (Head Mounted Display) o konstrukcji przypominającej gogle, w których przed każdym z oczu zamocowany jest wyświetlacz. Reszta pola widzenia jest zasłonięta, odcinając człowieka od wrażeń wizualnych rzeczywistego świata. Dodatkowo czujniki śledzenia ruchów głowy i rąk zainstalowane w HMD oraz trzymane w rękach umożliwiają rozgląda- nie się oraz przemieszczanie po wirtualnym środowisku w sposób naturalny, realizowany poprzez ruchy ciała człowieka. Dzięki zastosowaniu tej techniki możliwe jest wykreowanie wirtualnego placu budowy i „przeniesienie”
badanego na rusztowanie tak, aby miał wrażenie, że znajduje się na dużej wysokości nad ziemią. To, czy badany ma wrażenie, że rzeczywiście znajduje się na pewnej wysokości, potwierdzają wyniki badań naukow- ców z Kanady [5]. Przeprowadzili oni eksperyment, w którym porównano odczucia badanych ustawionych na pewnej wysokości nad ziemią, a następnie powtórzo- no badanie z tą różnicą, że stali oni na ziemi z założo- nym na głowie HMD, w którym wyświetlany był obraz z perspektywy kilku metrów nad ziemią. Uzyskane na podstawie badania wyniki wykazały, że poziom lęku i poczucia obecności przestrzennej podczas symulacji przebywania na pewnej wysokości nad ziemią z wyko- rzystaniem technik VR jest co prawda nieco niższy niż przy rzeczywistym przebywaniu na wysokości, ale wy- raźnie wzrasta w stosunku do stania na ziemi bez zało- żonego HMD. Skuteczność stosowania tego rozwiązania potwierdzają także liczne badania ukierunkowane na leczenie lęku wysokości [6-9] oraz na potrzeby neurologii [10-12].
2. NUMERYCZNY MODEL CIAŁA CZŁOWIEKA
Obecnie do rekonstrukcji wypadków przy pracy sto- sowany jest w CIOP-PIB numeryczny model ciała człowieka firmy TASS-International wchodzący w skład
pakietu oprogramowania do rekonstrukcji i symulacji wypadków Madymo. Opracowany jest on z wykorzysta- niem metody układów wieloczłonowych i dostępny jest w 5 wersjach: dziecka 3- i 6-letniego, 5-centylowej kobie- ty, 50- i 95- centylowego mężczyzny. Model ten można dodatkowo skalować do żądanych wymiarów ciała konkretnej modelowanej osoby. Składa się on z członów symulujących poszczególne części ciała człowieka. Każdy człon modelu ma zadane wymiary, masę, momenty bezwładności oraz położenie środka ciężkości zgodne z danymi antropometrycznymi człowieka. Człony połą- czone są ze sobą za pomocą tzw. par kinematycznych symulujących stawy człowieka. Pary kinematyczne mają zadane parametry, takie jak sztywność, współczynnik tarcia oraz ograniczenia ruchów opisane funkcjami matematycznymi, dzięki którym działają one w przybli- żeniu tak jak rzeczywiste stawy człowieka. Tak połączo- ne ze sobą człony tworzą numeryczny model ciała człowieka, którego obraz pokazano na rys.1.
Rys. 1. Obraz numerycznego modelu ciała człowieka stoso- wanego do rekonstrukcji wypadków przy pracy Ponadto numeryczny model ciała człowieka wyposa- żony jest w tzw. „wirtualne czujniki”. Są to punkty rozmieszczone w członach ciała w miejscach ważnych z punktu widzenia biomechaniki i umożliwiające reje- strację różnych wielkości fizycznych, m.in. prędkości, przyśpieszenia, położenia danego członu oraz sił i mo- mentów sił działających na ten człon. Dzięki tym wiel- kościom możliwe jest wyznaczenie trajektorii poruszają- cego się ciała, jego prędkości oraz oszacowanie urazów powstałych pod działaniem sił. Oceny urazów dokonuje się, wykorzystując kryteria odporności biomechanicznej, które pozwalają na powiązanie zarejestrowanych wielko- ści fizycznych z prawdopodobieństwem wystąpienia urazów części ciała poddanej takim samym obciążeniom [13].
Opisywany model został zmodyfikowany w CIOP- PIB poprzez opracowanie ulepszonych modeli kończyn górnych umożliwiających symulację ich złamań [14], a także modelu przemysłowego hełmu ochronnego [15].
Pierwsze modyfikacje opracowano na potrzeby rekon- strukcji wypadków związanych z zagrożeniami mecha- nicznymi. Opisane w artykule prace dotyczą kolejnego dostosowania modelu, tym razem na potrzeby rekon- strukcji i symulacji upadków z wysokości. Jak wspo- mniano we wstępie, prace te wymagały przeprowadzenia badań z udziałem ochotników.
3. OPIS BADAŃ
Celem badań było uzyskanie danych, które po wprowa- dzeniu do modelu umożliwiły uwzględnienie ruchów wynikających z napięcia mięśni człowieka spowodowa- nych utratą równowagi. Badania przeprowadzono w Centralnym Laboratorium Badawczym Akademii Wychowania Fizycznego w Warszawie. W badaniach wzięło udział 30 osób w wieku 21-28 lat bez doświadcze- nia w pracach na wysokości, gdyż właśnie wśród mło- dych i niedoświadczonych osób zdarza się najwięcej wypadków. W celu przeprowadzenia badań zaprojekto- wano i wykonano stanowisko badawcze, które umożliwi- ło symulację pracy na wysokości. Podstawowym elemen- tem stanowiska była aplikacja przypominającą grę komputerową przedstawiająca plac budowy wraz z rusztowaniami i osprzętem budowlanym. Aplikację wyświetlano na ekranach HMD, dzięki temu po ubraniu się w sprzęt VR badany miał wrażenie, że znajduje się na rusztowaniu 20 m nad ziemią. Aplikacja została tak zaprogramowana, aby możliwe było wykonywanie róż- nych prac budowlanych. Zadaniem badanego było sterowanie wciągarką linową. Ochotnik, stojąc na kra- wędzi rusztowania, spoglądał w dół i sterował obiektem umieszczonym na końcu liny. Elementem sterowniczym był niewielki joystick trzymany w ręku, który stanowił jednocześnie czujnik rejestrujący położenie ręki w prze- strzeni. Dzięki tak zaprojektowanemu zadaniu każdy z uczestników badań w chwili początkowej stał w po- dobny sposób i w tym samym miejscu. Jednocześnie zadanie to wymagało skupienia, więc uczestnik nie spodziewał się, że za chwilę może nastąpić zdarzenie prowadzące do upadku z wysokości. Aby pracującego na wirtualnym rusztowaniu badanego wytrącić z położenia równowagi, opracowano i zastosowano uchylną platfor- mę, na której stał. Stanowisko badawcze oraz stojącego na platformie badanego przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Ustawienie badanego podczas symulacji pracy na wysokości. 1 – uchylna platforma; 2 – urządzenie HMD; 3 joystick do sterowania wciągarką; 4 – znaczniki systemu analizy
ruchu; 5 – lina asekuracyjna; 6 – widok wirtualnego środowiska pracy wyświetlany w urządzeniu HMD
Początkowo platforma była zablokowana i stanowiła stabilny podest dla badanego. Podest znajdował się 35 cm nad podłogą laboratorium. W pewnym niespodzi wanym dla badanego momencie inicjowane było zdarz nie polegające na osunięciu się podestu rusztowania zwalniano blokadę platformy, a jej podest przechylał się o kąt blisko 90 stopni. W tym momencie badany tracił równowagę i spadał na rozłożony materac. W celu ochrony przed przewróceniem każdy badany miał zał żoną uprząż do prac wysokościowych przypiętą do liny asekuracyjnej [16].
Ruchy, jakie w momencie utraty równowagi wyk nywali badani, rejestrowano za pomocą systemu analizy ruchu VICON rejestrującego ruchy każdej części ciała z częstotliwością 100 Hz. System ten składa się z zest wu kamer, które obserwują naklejone w wie
na ciele badanego lekkie odblaskowe znaczniki. Kamery rejestrują ruch tych znaczników, a system komputerowy oblicza ich położenie w przestrzeni oraz zmiany kątów w poszczególnych stawach człowieka. Na podstawie zarej strowanych trajektorii obliczono następując
• położenie, prędkości i przyspieszenia środka cię kości ciała w trzech wymiarach,
• wartości kątów, prędkości i przyspieszenia kątowe dla wybranych części ciała oraz większości st wów człowieka.
W ramach badań zarejestrowano 30 r
ciała) osób badanych w momencie utraty równowagi.
Przykładowy wynik przedstawiono na rys
Marcin Milanowicz
symulacji pracy na urządzenie HMD; 3 – znaczniki systemu analizy widok wirtualnego środowiska cy wyświetlany w urządzeniu HMD
rma była zablokowana i stanowiła stabilny podest dla badanego. Podest znajdował się 35 cm nad podłogą laboratorium. W pewnym niespodzie- wanym dla badanego momencie inicjowane było zdarze- nie polegające na osunięciu się podestu rusztowania -
platformy, a jej podest przechylał się o kąt blisko 90 stopni. W tym momencie badany tracił równowagę i spadał na rozłożony materac. W celu ochrony przed przewróceniem każdy badany miał zało- żoną uprząż do prac wysokościowych przypiętą do liny
jakie w momencie utraty równowagi wyko- rejestrowano za pomocą systemu analizy ruchu VICON rejestrującego ruchy każdej części ciała częstotliwością 100 Hz. System ten składa się z zesta- wu kamer, które obserwują naklejone w wielu miejscach na ciele badanego lekkie odblaskowe znaczniki. Kamery rejestrują ruch tych znaczników, a system komputerowy oblicza ich położenie w przestrzeni oraz zmiany kątów w poszczególnych stawach człowieka. Na podstawie zareje-
iczono następujące parametry:
położenie, prędkości i przyspieszenia środka cięż- wartości kątów, prędkości i przyspieszenia kątowe dla wybranych części ciała oraz większości sta-
W ramach badań zarejestrowano 30 reakcji (ruchów ciała) osób badanych w momencie utraty równowagi.
Przykładowy wynik przedstawiono na rys.3.
Rys. 3. Przykładowy przebieg wartości kątów dla stawów biodrowych kończyny lewej i prawej w funkc
go z badanych
Na wykresach przedstawiono wynik obliczeń zmiany kąta dla stawów biodrowych lewej i prawej kończyny dolnej. Ponieważ kość udowa poruszająca się w stawie biodrowym człowieka ma możliwość obrotu wokół trzech osi (ma 3 stopnie swobody), dlatego wynikiem są 3 wykresy dla każdego ze stopni odpowiednio dla zginania, odwodzenia i rotacji kończyny dolnej. Na wykresach bardzo wyraźnie widoczny jest moment utraty równ wagi. Jest to punkt w okolicach 350 ms, gdzie gwałto nie zmieniają się kąty w stawach. To właśnie ta zmiana kąta jest szczególnie istotna z punktu widzenia symulacji przebiegu w czasie procesu upadku.
Ponadto eksperyment rejestrowany był za pomocą dwóch kamer umożliwiających odtwarzanie filmu w zwolnionym tempie (120 klatek na sekundę). Przykł dowy przebieg badania przedstawiono na rys
Rys. 4. Przebieg badania utraty r badanych
4. IMPLEMENTACJA FUNKCJI DO MODELU
Uzyskane w ramach opisanych badań funkcje prz konwertowano do takiej formy, aby możliwe było ich bezpośrednie wykorzystanie w profesjonalnym programie Madymo zawierającym numeryczny model ciała człowi ka. Funkcje zaimplementowano tak, aby sterowały one wybranymi parami kinematycznymi symulującymi staw człowieka. W wyniku tych prac uzyskano 29 numeryc nych modeli człowieka. Dla każdego modelu przeprow Przykładowy przebieg wartości kątów dla stawów biodrowych kończyny lewej i prawej w funkcji czasu dla jedne-
go z badanych
przedstawiono wynik obliczeń zmiany kąta dla stawów biodrowych lewej i prawej kończyny dolnej. Ponieważ kość udowa poruszająca się w stawie człowieka ma możliwość obrotu wokół trzech dlatego wynikiem są 3 ażdego ze stopni odpowiednio dla zginania, odwodzenia i rotacji kończyny dolnej. Na wykresach bardzo wyraźnie widoczny jest moment utraty równo- wagi. Jest to punkt w okolicach 350 ms, gdzie gwałtow- nie zmieniają się kąty w stawach. To właśnie ta zmiana
jest szczególnie istotna z punktu widzenia symulacji przebiegu w czasie procesu upadku.
Ponadto eksperyment rejestrowany był za pomocą dwóch kamer umożliwiających odtwarzanie filmu zwolnionym tempie (120 klatek na sekundę). Przykła-
rzedstawiono na rys.4.
Przebieg badania utraty równowagi dla jednego z
IMPLEMENTACJA FUNKCJI
Uzyskane w ramach opisanych badań funkcje prze- konwertowano do takiej formy, aby możliwe było ich bezpośrednie wykorzystanie w profesjonalnym programie Madymo zawierającym numeryczny model ciała człowie- ka. Funkcje zaimplementowano tak, aby sterowały one wybranymi parami kinematycznymi symulującymi stawy człowieka. W wyniku tych prac uzyskano 29 numerycz- nych modeli człowieka. Dla każdego modelu przeprowa-
dzono szereg próbnych symulacji mających na celu sprawdzenie poprawności działania modeli. Na rys przedstawiono krótką sekwencję początkowej fazy sym lacji upadku z wykorzystaniem jednego z opracowanych modeli. Wykazano, że reakcja badanych w momencie utraty równowagi znacząco wpływała na dalszy przebieg wypadku. Przy symulacji upadku z wysokości 3 m nad podłożem wszystkie modele człowieka obracały się wokół płaszczyzny strzałkowej człowieka
przypadków skutkowało upadkiem na plecy. Ponadto 17% przypadków dodatkowo wykonywało obrót wokół płaszczyzny poprzecznej, co skutkowało upadkiem na bok (10%) i przednią część tułowia (7%).
Rys. 5. Początkowa faza symulacji upadku z uwzględnieniem reakcji człowieka w momencie utraty równowagi Podobną symulację przeprowadzono także z wykorz staniem pasywnego modelu człowieka. Model pasywny ustawiono w taki sam sposób, jak miało to miejsce w
Publikacja opracowana na podstawie wyników zadania badawczego pn. „Badanie reakcji równowagi z wykorzystaniem technik rzeczywistości wirtualnej”(zadanie III
statutowej Centralnego Instytutu Ochrony Pracy
Literatura
1. Dąbrowski A.: Prace na wysokości- 2004, 1, p. 2 - 6.
2. Milanowicz M., Budziszewski P.: Numerical
“Lecture Notes in Computer Science 3. Dokumentacja programu Madymo:
2013.
4. Milanowicz M., Budziszewski P.: Wykorzystanie komputerowego modelu człowieka przy pracy. „Mechanik” 2011, 7, s. 567
5. Cleworth TW., Horslen BC., Carpenter MG.
Posture” 2012, doi:10.1016/j.gaitpost.2012.02.010.
6. Olasov Rothbaum B., Hodges L., Alarcon R., Ready D., Shahar F., Graap K., Pair J., Hebert P., Gotz D., Wills B., Baltzell D.: Virtual reality graded
py” 1995, 26, p. 547 - 554.
7. Krijn M., Emmelkamp P.M.G., Biemond R., de Wilde de Ligny C., Schuemie M.J.
Treatment of acrophobia in virtual reality: The role of immersion and presence.
apy” 2004, 42, p. 229 - 239.
8. Bush J.: Viability of virtual reality exposure therapy as a treatment alternative.
ior” 2008, 24, p. 1032 - 1040.
dzono szereg próbnych symulacji mających na celu sprawdzenie poprawności działania modeli. Na rys.5 przedstawiono krótką sekwencję początkowej fazy symu-
acji upadku z wykorzystaniem jednego z opracowanych modeli. Wykazano, że reakcja badanych w momencie utraty równowagi znacząco wpływała na dalszy przebieg wypadku. Przy symulacji upadku z wysokości 3 m nad podłożem wszystkie modele człowieka obracały się wokół płaszczyzny strzałkowej człowieka, z czego 79%
przypadków skutkowało upadkiem na plecy. Ponadto 17% przypadków dodatkowo wykonywało obrót wokół płaszczyzny poprzecznej, co skutkowało upadkiem na bok (10%) i przednią część tułowia (7%).
Początkowa faza symulacji upadku z uwzględnieniem eka w momencie utraty równowagi Podobną symulację przeprowadzono także z wykorzy- staniem pasywnego modelu człowieka. Model pasywny
jak miało to miejsce w
badaniach z udziałem ochotników. W wyniku przepr wadzonej symulacji model upadał na wyprostowane nogi, nieznacznie odchylając się do tyłu (nieznaczny obrót wokół płaszczyzny strzałkowej).
5. PODSUMOWANIE
Pierwsze symulacje próbne wykazały, że modele uwzględniające reakcję początkową człowieka upadają w inny sposób niż model pasywny. Wykazano, że uwzględnienie ruchów, jakie wykonuje człowiek podczas utraty równowagi ma wpływ na trajektorię upadku.
Opracowane modele w kolejnym etapie prac będą p równanie ze sobą w celu wyselekcjonowania różnych rodzajów upadków z wysokości. Z praktycznego punktu widzenia oznacza to, że opracowanych zostanie kilka numerycznych modeli człowieka uwzględniających m.in.
masę i wysokość ciała. Wówczas, w zależności od rodz ju rekonstruowanego upadku, wykorzystywany będzie odpowiedni model ciała człowieka. W dalszej perspekt wie planowane jest także przeprowadzenie walidacji modeli polegającej na porównaniu wyników symulacji z rzeczywistym upadkiem z wysokości. Jednakże jest to zadanie dość trudne z uwagi na konieczność uzyskania bardzo szczegółowej dokumentacji lub nagrania wideo z rzeczywistego wypadku związanego z upadkiem z wysokości.
Publikacja opracowana na podstawie wyników zadania badawczego pn. „Badanie reakcji człowieka w momencie utraty równowagi z wykorzystaniem technik rzeczywistości wirtualnej”(zadanie III-43) realizowanego w ramach działalności statutowej Centralnego Instytutu Ochrony Pracy – Państwowego Instytutu Badawczego.
najczęstsze przyczyny wypadków. „Bezpieczeństwo pracy
Numerical reconstruction of the real-life fatal acident at Science” (V.G. Duffy (Ed.): DHM/HCII 2013, Part II, 2013,
: MADYMO Human Body Models Manual Release 7.5. Tass
i P.: Wykorzystanie komputerowego modelu człowieka do rekonstrukcji wypadków 567 - 574.
Cleworth TW., Horslen BC., Carpenter MG.: Influence of real and virtual heights on standing balance.
, doi:10.1016/j.gaitpost.2012.02.010.
B., Hodges L., Alarcon R., Ready D., Shahar F., Graap K., Pair J., Hebert P., Gotz D., Wills raded exposure in the treatment of acrophobia: a case report.
.G., Biemond R., de Wilde de Ligny C., Schuemie M.J., van der Mast C.A.P.G.
Treatment of acrophobia in virtual reality: The role of immersion and presence. „Behaviour Research and The
Viability of virtual reality exposure therapy as a treatment alternative. „Computers in Human Beha z udziałem ochotników. W wyniku przepro- wadzonej symulacji model upadał na wyprostowane
nieznacznie odchylając się do tyłu (nieznaczny obrót wokół płaszczyzny strzałkowej).
Pierwsze symulacje próbne wykazały, że modele akcję początkową człowieka upadają inny sposób niż model pasywny. Wykazano, że jakie wykonuje człowiek podczas utraty równowagi ma wpływ na trajektorię upadku.
Opracowane modele w kolejnym etapie prac będą po- wyselekcjonowania różnych rodzajów upadków z wysokości. Z praktycznego punktu widzenia oznacza to, że opracowanych zostanie kilka numerycznych modeli człowieka uwzględniających m.in.
masę i wysokość ciała. Wówczas, w zależności od rodza- wykorzystywany będzie odpowiedni model ciała człowieka. W dalszej perspekty- wie planowane jest także przeprowadzenie walidacji modeli polegającej na porównaniu wyników symulacji rzeczywistym upadkiem z wysokości. Jednakże jest to ne z uwagi na konieczność uzyskania bardzo szczegółowej dokumentacji lub nagrania wideo rzeczywistego wypadku związanego z upadkiem
człowieka w momencie utraty 43) realizowanego w ramach działalności
ezpieczeństwo pracy: nauka i praktyka”
cident at work: a case study.
8026, p. 101 - 110.
lease 7.5. Tass-International,
do rekonstrukcji wypadków
Influence of real and virtual heights on standing balance. „Gait
B., Hodges L., Alarcon R., Ready D., Shahar F., Graap K., Pair J., Hebert P., Gotz D., Wills eport. „Behavior Thera-
van der Mast C.A.P.G.:
Behaviour Research and Ther-
Computers in Human Behav-
Marcin Milanowicz
9. Carmen Juan M., Perez D.: Using augmented and virtual reality for the development of acrophobic scenarios:
comparison of the levels of presence and anxiety. „Computers & Graphics” 2010, 34, p. 756 - 766.
10. Tossavainen T., Juhola M., Pyykkö I., Aalto H., Toppila E.: Development of virtual reality stimuli for force platform posturography. „International Journal of Medical Informatics” 2003, 70, p. 277 - 283.
11. Lee H-Y., Cherng R-J., Lin Ch-H.: Development of a virtual reality environment for somatosensory and percep- tual stimulation in the balance assessment of children. „Computers in Biology and Medicine” 2004, 34 p. 719 - 733.
12. Horlings CGC., Carpenter MG., Küng UM., Honegger F., Wiederhold B., Allum JHJ.: Influence of virtual reality on postural stability during movements of quiet stance. „Neuroscience Letters” 2009, 451, p. 227 - 231.
13. Nałęcz M. i in.: Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000. Tom 5. Biomechanika i inżynieria rehabilitacyj- na. Warszawa: Exit, 2000, s. 747 - 797.
14. Milanowicz M.: Numeryczny model kończyny górnej człowieka z możliwością symulowania złamań dla potrzeb rekonstrukcji i zapobiegania wypadkom przy pracy. „Mechanik” 2012, 7, s. 529 - 536.
15. Milanowicz M.: Opracowanie numerycznego modelu przemysłowego hełmu ochronnego na potrzeby rekonstrukcji i zapobiegania wypadkom przy pracy. „Mechanik” 2012, 7, s. 537 - 545.
16. Milanowicz M.: Koncepcja wykorzystania technik rzeczywistości wirtualnej do prowadzenia badań nad utratą równowagi człowieka. „Mechanik” 2013, 7, s. 433 - 442.
