OpenSim教程一——OpenSim 入门介绍

OpenSim是一款由斯坦福大学开发的免费开源软件,用于人体肌肉骨骼系统的开发、分析与可视化。该软件支持多种应用场景,包括行走动力学分析、运动表现研究等。本文介绍了OpenSim4.0的安装与基本使用流程。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

OpenSim 简介
OpenSim 是斯坦福大学开发的用于开发、分析和可视化人体肌肉骨骼系统免费开源软件官网),它能应用在很多领域,如行走动力学分析、运动表现研究、手术过程仿真、医疗器械设计等。在OpenSim中,一个肌肉骨骼模型是由各个关节把多块骨骼连接起来,其中肌肉附着在骨骼上,通过肌肉产生的力来带动关节运动。目前OpenSim 被用于全球上百个生物力学实验室的运动研究,并拥有一个活跃的开发者社区来不断完善其功能。

OpenSim 4.0
-下载安装
截止到2018年12月,软件最新版本是OpenSim 4.0,下载页面在这里,软件有Windows和Mac两个版本。为方便使用,我将Windows版安装包上传到网盘,大家可以自行下载。
OpenSim下载

-界面介绍

我装的是Windows版(OpenSim-4.0-win64.exe),安装好后双击桌面图标打开软件便可看到如下界面。
界面

不用说,右边一大块空白区域就是模型的展示窗口,可以用鼠标调整模型(左键旋转,右键缩放,中键拖拽位移);
左上角红色框的是菜单栏,导入模型、使用插件、设置偏好等从这里操作;
上方蓝色框的是动作控制栏,可以在这里操控模型的运动;
左边黄色框中有导航窗口Navigator,以层级结构展示模型的特性(如骨骼、关节、肌肉、力等),和坐标窗口Coordinates,设置各关节的转动角度;
左下方绿色框的是上面Navigator中选中内容的详细特性,可以在这里修改一些参数的值;
下方灰色框住的是命令行窗口Scripting shell windows和信息窗口Messages,比较少用到。

-导入模型

接下来,示范如何导入一个人体肌肉骨骼模型,并让它走起来!
点击菜单栏中File->Open Model…,从安装目录中选择Models文件夹,可以看到里面有很多个子文件夹,那些是OpenSim自带的模型。我们点开其中的Gait2392_Simbody 文件夹,选中gait2392_simbody.osim并点击Open,这样我们就导入了一个模型,见下图。
这是一个人体下肢的模型,参照一个身高1.8米、体重75千克的成年人。它共有19块骨骼,92块肌肉(可在左侧Navigator中查看每块骨骼和肌肉)。
在这里插入图片描述

-加载动作

要想让模型动起来,首先要加载运动文件。
点击菜单栏中File->Load Motion…,选择Gait2392_Simbody文件夹下的Tutorial1子文件夹,选中normal.mot然后点击Load,加载正常步态的运动文件。此时可以在动作控制栏中看到动作名称,并且导航窗口中多了一个Motions分支
在这里插入图片描述
接着就可以在动作控制栏中拖动滑块让模型“走”起来了!另外还可以选择前向播放、逆向播放、暂停、循环播放等操作,甚至可以一帧帧播放。

至此,我们已经了解了OpenSim 最基本的一些功能,下面就可以好好把玩一下这个软件啦,比如加载其他的模型、查看每块肌肉、拖拽关节转动等。如果想了解更多操作或比较系统地学习这个软件,可以查看官方的Tutorials

### Matlab 中的人体模型仿真建模 在 MATLAB 的环境中,可以通过多种方式实现人体模型仿真建模。虽然 MATLAB 自身并不专门针对人体建模提供内置的功能模块,但它提供了强大的数值计算能力和图形化界面开发能力,可以结合外部工具箱或自定义算法来完成这目标。 #### 使用 Simulink 和 Simscape Multibody 进行人体建模 MATLAB 的 **Simscape Multibody** 工具箱是个非常重要的资源,用于多刚体系统的动力学分析仿真[^1]。该工具箱允许用户创建复杂的机械系统模型,包括关节、连杆和其他约束条件。对于人体建模而言,可以将身体的不同部分视为多个刚体组件,并通过关节连接起来形成完整的骨架结构。具体操作如下: - 定义各个肢体作为独立的刚体对象; - 利用旋转和平移关节模拟肩部、肘部、髋部等部位的动作; - 导入 CAD 数据或者手动设计几何形状表示肌肉、骨骼的具体形态; ```matlab % 创建个新的 multibody model model = simscape.multibody.Model; % 添加地面平面 ground = addGround(model); % 构造上臂部件 (Upper Arm) upperArmBody = addRigidBody(model,'Upper_Arm',[0;0;-0.3],[eye(3)]); jointPos_UpperArm = [0 0 -0.2]; shoulderJoint = addJoint(model,[ground upperArmBody],'Revolute', jointPos_UpperArm); ``` 以上代码片段展示了如何利用 `simscape.multibody` API 来构建简单的单自由度关节以及关联的身体段落。 #### 借助第三方插件扩展功能 除了官方提供的解决方案外,还有其他些专为特定应用领域定制的产品可供选择。例如提到过的 **AnyBody Technology** 是款专注于对人体运动进行全面预测的专业级软件包[^2]。尽管它本身不是基于 MATLAB 开发的程序,但是能够导出结果到 MATLAB 平台做进步的数据处理和可视化展示工作。 另外还存在像 **OpenSim** 那样的开放源码项目,它们同样具备详尽描述人类动作的能力并兼容 MATLAB 接口调用。这意味着研究人员既可以从 OpenSim 获取详细的生理参数又能在熟悉的 MATLAB 环境里执行高级运算任务比如优化控制策略或是统计评估指标等等。 #### 学习路径建议 为了更好地掌握上述技术要点,推荐按照以下顺序逐步深入探索: 1. 熟悉基础理论知识——阅读经典教材如《Robotics, Vision & Control》了解基本概念和技术背景; 2. 动手实践入门案例——尝试运行随附文档里的示范工程熟悉流程框架 ; 3. 结合实际需求调整改进方案——依据个人兴趣方向选取合适课题开展原创性研究活动. ---
评论 40
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值