一种基于人因分析引擎的数字人建模工效学仿真评估方法和系统与流程

本发明涉及装备制造和模拟仿真领域，更具体而言，涉及一种基于人因分析引擎的数字人建模工效学仿真评估方法和系统。

背景技术：

1、在装备制造领域的人因分析可以借助人因分析支持设计师进行决策。对于尚未建成和制造的设备和应用场景，人因分析可以主要以虚拟应用场景可能性为自变量，以测得的生理/行为数据为因变量，借助描述性模型，对方案参数进行精准选择。对于已成的装置和设备，人因分析针对实际应用场景，借助描述性模型，采集人的生理/行为数据，对空间体验质量进行客观评估，为建成空间的改造更新提供支持。对于设计目标，人因分析还有助于在传统设计任务的基础上，增加新的可量化空间体验的设计任务。上述的人因分析过程、结果、设计任务增量都可以直接指导可复制的应用场景，形成设计科学的相关知识积累。

2、人机工效分析从不同的学科、不同的领域研究发展，又面向更广泛的领域的研究和应用；又因为人-机-环境问题是人类生产和生活中普遍性的问题；再加上其发源学科和地域的不同，也引起了学科名称长期的多样并存。所以这些词语可能研究的着重点不同，但都是研究的人-机-环境问题。人机分析主要侧重分析人与机器、环境之间的相互关系。它以人一机一环境系统为研究对象，将心理学、生理学、解剖学、人体测量学、生物力学等有关学科的知识应用于系统设计，使之与人的生理和心理特点相适应，以提高整个系统的效能，维持和增进人的安全、健康和工作生活的舒适感。

3、随着人因分析和工效评估技术的发展，原有的人体尺寸数据库的陈旧数据以及评估方法体系已经不能满足需求。需要一种能够相互验证，成本部高、周期更新及时、迭代容易沉浸式体验的人因分析、试验与评估体系。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足和问题，本公开内容提出了一种基于人因分析引擎的数字人建模工效学仿真评估方法和系统仿真评估方法。

2、根据本发明的一种基于人因分析引擎的数字人建模工效学仿真评估方法仿真评估方法的一个具体实施方式中，提出了一种基于人因分析引擎的仿真评估方法，在该方法中，在客户端基于虚拟现实技术构建预定场景的人机功效应用场景；采集真实作业人员的动作数据，所述真实作业人员佩戴虚拟现实显示装置与惯性动作捕捉设备，在客户端为所述真实作业人员呈现虚拟现实的应用场景以便进行人机交互作业，将人机交互作业时的动作捕捉数据实时传输至一个人因分析引擎；在将真实测量所得的预定区域人群的人体尺寸数据输入并储存至人体尺寸数据库，所述人体秤尺寸数据库中的数据发送至所述人因分析引擎的第一人体尺寸数据库；在所述客户端调用人因分析引擎的第一人体尺寸数据库的人体模型参数，定义作业人员的具体的人体尺寸数据参数，构建用于功效分析的三维仿真人体模型；以所述三维仿真人体作为评价对象进行工效分析。

3、优选地，在根据本发明的仿真评估方法中，所述工效分析包括对于所述三维仿真人体模型的姿态舒适性分析，所述姿态舒适性分析包括如下步骤：所述客户端向所述人因分析引擎发送人机交互作业任务的id、任务的开始时间、关节角度、任务的结束时间；人因分析引擎与客户端进行实时数据通讯，人因分析引擎向客户端传输返回的数据包括任务的id、分析时间、关节、舒适性评价指标；所述客户端接收到返回的数据进行三维模型的关节的舒适度可视化反馈；其中姿态舒适性分析中的处理方法包括：任务开始，触发标记点(marker)，提供所有关节信息；实时传输所有互连的两个关节之间关节角度至人因分析引擎；人因分析引擎根据各个关节角度与与预存的阈值进行比较，计算舒适性；统计整个任务中每个关节的舒适度占比；输出舒适度分析报告结果。

4、优选地，所述工效分析的所述姿态舒适性分析还包括维修作业强度分析，根据如下公式计算维修作业强度指数：

5、i＝t·m*s*w*10

6、其中，i为作业强度指数；t为作业时间率；m为平均能量代谢率；s为性别系数；w为作业方式系数；10为常数；

7、基于所得出的i的竖直，按照如下标准，判断作业强度级别：i级：≤15；ii级：15～20；iii级：20～25；iv级：≥25。

8、在根据本公开内容的仿真评估方法中，所述工效分析还可以包括对于所述三维仿真人体模型的可视性工效分析，其中所述可视性分析包括视域、视线、眼位分析，具体包括如下步骤：所述客户端向所述人因分析引擎发送人机交互作业任务的任务id、任务的开始时间、物体id、物体名称、物体的碰撞结果、任务的结束时间；人因分析引擎计算可视结果；若所述客户端向所述人因分析引擎发送查询请求，则客户端发送任务的id，所述人因分析引擎向客户端传输任务的id、分析时间、物体id、物体名称、物体的可视性结果。

9、在根据本公开内容的仿真评估方法中，，在可视性工效分析中，通过调整三维仿真人体模型的头部、眼球和颈部的角度，来分析人机功效应用场景中的装备布局的可视性；判断三维仿真人体模型的视域是否在上视角15，下视角15，左右视角15的最佳视锥范围内；判断三维仿真人体模型的视域是否在上视角40，下视角20，左右视角35的最大视锥范围内。

10、在根据本公开内容的仿真评估方法中，所述工效分析还可以包括对于对于所述三维仿真人体模型的上肢可达性分析，所述上肢可达性分析的步骤包括：所述客户端向所述人因分析引擎发送人机交互作业任务的id、任务的开始时间、物体id、物体名称、物体的碰撞结果、任务的结束时间等信息；人因分析引擎根据计算可达结果；若所述客户端向所述人因分析引擎发送查询请求，则客户端发送任务的id，所述人因分析引擎向客户端传输任务的id、分析时间、物体id、物体名称、物体的可达性结果。

11、在根据本公开内容的仿真评估方法中，所述上肢可达性分析还可以包括如下步骤：获取数据：建立一圆柱坐标系，设定座椅零高度参考面,将圆柱坐标系设置成为圆柱坐标系的高度轴与人体垂直轴平行；

12、将所述三维仿真人体模型所处的虚拟现实的应用场景的工作空间内沿坐标系高度方向等分,之后控制被试所述三维仿真人体模型在各个水平面上按等分角度进行上肢可达点测试,从而获得各个水平面上按等分角度处的手可达点的圆柱坐标；

13、分析模型：在所述圆柱坐标系中,设被判断点为s,肩点为m，手可达点为p,其拟合曲面表示为p＝p(x,y,z)；在每一测量高度上的极限可达点为q,q与肩点进行联线,所有联线构成的曲面表示为q＝q(x,y,z)；被判断点落在p、q两曲面围成的空间之内,则判定被判断点在可达区内；被判断点在p、q曲面围成的空间之外,在判定被判断点在可达区外。

14、在根据本公开内容的仿真评估方法中，所述工效分析还可以包括如下步骤：建立模型并进行判断：利用三维造型软件中的曲面造型功能实现p、q曲面的绘制，之后由肩点m到被判断点s画一直线，再判断该直线上剔除肩点m后与p、q两曲面的相交情况，与p、q不相交，被判断点在可达区之内；与p、q之一相交,被判断点在可达区之外。

15、在根据本公开内容的仿真评估方法中，所述工效分析还可以包括对于，人机功效应用场景可以为诸如车辆、飞行器、船舶、潜水器等等的交通工具的驾驶舱。

16、在根据本公开内容的仿真评估方法中，所述工效分析还可以包括对于，所述人机交互作业任务可以是相同或者不同的人机交互作业任务。

17、本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

18、本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。