Modelos musculares simplificados para la simulación del movimiento humano

Abstract

[Resumen] Hoy en día, existen varios enfoques que se utilizan para abordar la predicción de movimiento humano, teniendo todos ellos en común su alto coste computacional. La modelización muscular parece ser un componente clave para obtener movimientos que parezcan realmente humanos, al menos para algunas actividades, pero incluirla supone un aumento aún mayor de la carga de cálculo. Esta tesis estudia la e ciencia y precisión obtenida por distintas alternativas de modelización muscular en la simulación dinámica directa de movimientos capturados, como método representativo de los enfoques computacionalmente intensivos mencionados: cuatro modelos de músculo, el número de músculos, generadores de par muscular, sinergias musculares y tablas para las longitudes musculares y brazos de momento son las alternativas consideradas y analizadas. Con ellas se busca proporcionar criterios sobre cómo incluir los músculos en los modelos multicuerpo humanos de forma que se recoja su efecto en el movimiento resultante manteniendo un coste computacional razonable. Como ejemplos de dinámica lenta y rápida se consideran los movimientos de marcha y salto vertical, respectivamente.

[Abstract] Several approaches are currently employed to address the predictive simulation of human motion, having in common their high computational demand. Muscle modeling seems to be an essential ingredient to provide human likeness to the obtained movements, at least for some activities, but it increases even more the computational load. This thesis studies the e ciency and accuracy yielded by several alternatives of muscle modeling in the forward-dynamics simulation of captured motions, as a representative method of the above mentioned computationally intensive approaches: four muscle models, the number of muscles, muscle torque generators, muscular synergies and look-up tables for musculotendon lengths and moment arms are considered and analyzed. These approaches will provide criteria on how to include the muscular component in human multibody models so that its e ect on the resulting motion is captured while keeping a reasonable computational cost. Gait and vertical jump are considered as examples of slow- and fast-dynamics motions, respectively

[Resumo] Varios enfoques son empregados hoxe en día para abordar a predición de movemento humano, tendo todos eles en común o seu alto custe computacional. A modelización muscular parece ser un compoñente chave para obter movementos que parezan realmente humanos, a lo menos para algunhas actividades, pero incluíla supón un aumento aínda maior da carga de cálculo. Esta tese estuda a e ciencia e precisión obtida por distintas alternativas de modelización muscular en simulación dinámica directa de movementos capturados, como método representativo dos enfoques computacionalmente intensivos mencionados: catro modelos de músculo, o número de músculos, xeradores de par muscular, sinerxias musculares e táboas para as lonxitudes musculares e brazos de momento son as alternativas consideradas e analizadas. Con elas se busca proporcionar criterios sobre como incluirr os músculos nos modelos multicorpo humanos de forma que se recolla o seu efecto no movemento resultante mantendo un custo computacional razoable. Coma exemplos de dinámica lenta e rápida considéranse os movementos de marcha e salto vertical, respectivamente.