بناء نموذج هيكلي واقعي للخيول كامل الجسم ثلاثي الأبعاد باستخدام بيانات التصوير المقطعي المحوسب

يتم إنشاء نموذج هيكلي واقعي للحصان من بيانات التصوير المقطعي المحوسب للخيول التي يمكن التلاعب بها لفهم النمذجة الوظيفية والتشريحية والميكانيكية الحيوية لجسم الخيول بأكمله. تسمح هذه التقنية بتحديد المواقع بسرعة وسهولة للنموذج للمساعدة في توصيف أوضاع الخيول المختلفة. يمكن أن يساعد النموذج في توصيف أوضاع الخيول المرتبطة بأمراض الأنسجة التنكسية وتحديد المواقف التي تقلل من الضغوط الميكانيكية.

يمكن تكييف هذه الطريقة وتعديلها للمساعدة في نمذجة الأنواع الأخرى للأغراض السريرية ، مثل الكلاب أو غيرها من المساعي الأكاديمية مثل نمذجة التحولات التطورية. سيوضح الإجراء أليكس لي ، طالب الدراسات العليا من مختبر أوزبورن ، الموضح هنا مع الدكتور أوزبورن. ابدأ بوضع مفاصل رسومية داخل الطرف الأمامي في جميع مناطق الحركة.

اضغط على المفتاح F3 لتمكين مجموعة قائمة التزوير. في القوائم ، انقر فوق الهيكل العظمي وإنشاء المفاصل ، لتحديد أداة إنشاء المفاصل. في لوحة View الخاصة بالبرنامج ، انقر فوق المناطق التقريبية للمفاصل بترتيب واحد إلى 10 واضغط على مفتاح الإدخال.

اضبط موضع المفاصل بالنقر فوق المفصل المطلوب واستخدام أداة الحركة ، التي يتم تنفيذها عن طريق الضغط على مفتاح W لترجمة المفصل إلى الموضع المطلوب. بدلا من ذلك، اضبط مفصلا بالنقر فوق المفصل المطلوب وتغيير قيم ترجمة X و Translate Y و Translate Z الموجودة في مربع القناة أو لوحة محرر الطبقة. بعد ذلك ، قم بإنشاء خمسة مقابض حركية عكسية منفصلة.

في القوائم ، انقر فوق الهيكل العظمي وإنشاء مقبض IK لتحديد أداة إنشاء مقبض IK. باستخدام أداة إنشاء مقبض IK، حدد المفصل واحد، ثم المفصل ثلاثة، وقم بتسمية مقبض IK هذا، Front Leg IK"في لوحة Outliner. ثم استخدم الأداة وحدد المفصل ثلاثة والمشترك سبعة.

قم بتسمية مقبض IK هذا، IK السفلي الأمامي. استخدم الأداة وحدد المفاصل سبعة وثمانية وقم بتسمية مقبض IK هذا ، إصبع القدم الأمامي 1 IK. كرر الخطوة مع المفاصل ثمانية وتسعة لإنشاء إصبع القدم الأمامي 2 IK. ثم مع المفاصل تسعة و 10 لإنشاء إصبع القدم الأمامي 3 IK.To إنشاء عناصر تحكم في الأطراف الأمامية ، وإنشاء دائرة B-splines عقلانية غير موحدة ، أو NARBS ، عن طريق تحديد إنشاء بدائيات NURBS ، ودائرة. قم بإنشاء دائرتين من NURBS تحيط بالمفصل 3 والمفصل 10 ، وقم بتسميتهما التحكم الأمامي "والتحكم السفلي الأمامي ، على التوالي في لوحة Outliner. قم بإنشاء دائرة NURBS أخرى وحددها.

في مربع القناة أو لوحة محرر الطبقة، قم بتغيير قيمة تدوير Z إلى 90. باستخدام أداة النقل، ضعها عند طرف المفصل 10 وأطلق عليها اسم Front Flick Control"في لوحة Outliner. مجموعة أصابع القدم الأمامية 1 IK، وإصبع القدم الأمامي 2 IK، وإصبع القدم الأمامي 3 IK عن طريق التحكم في تحديد الثلاثة والضغط على المفتاح G.

قم بتسمية هذه المجموعة، مجموعة أصابع القدم الأمامية"في لوحة المخطط التفصيلي. قم بتوصيل مقابض IK ومجموعة أصابع القدم الأمامية بعناصر التحكم، عن طريق تحديد التحكم أولا ل IK للساق الأمامية ثم التحكم الأمامي والضغط على المفتاح P. حدد عنصر التحكم الأمامي السفلي، ثم التحكم الأمامي، ثم اضغط على المفتاح P.

حدد التحكم IK الأمامي السفلي، ثم التحكم الأمامي السفلي، واضغط على المفتاح P. حدد عنصر التحكم في التحريك الأمامي، ثم عنصر التحكم السفلي الأمامي، ثم اضغط على المفتاح P. حدد عنصر التحكم مجموعة أصابع القدم الأمامية، ثم التحكم في التحريك الأمامي، ثم اضغط على المفتاح P.

بعد ذلك ، استخدم أداة ربط الجلد لربط شبكات العظام بجهاز المفصل. حدد شبكة العظام، وقم بالتبديل حدد المفصل الأكثر قربا، واستخدم أداة ربط الجلد الموجودة تحت الجلد وربط الجلد. باستخدام أداة إنشاء مفاصل، قم بإنشاء مفصل داخل شبكة العظام السمسمية.

باستخدام أداة ربط الجلد، اربط شبكة العظام السمسمية بالمفصل. حدد المفصل داخل العظم السمسموي وقم بالتبديل حدد أقرب مفصل للطرف الأمامي واضغط على المفتاح P لولادته. قم بإنشاء مستوى NURBS بطول يساوي تقريبا طول العمود الفقري.

حدد 1 لتصحيح U وعدد الفقرات الصدرية والقطنية لتصحيح V. حدد المربع الذي تم العثور عليه بجوار أداة إنشاء مستوى ضمن إنشاء بدائيات NURBS والمستوى. لإعادة إنشاء المستوى باستخدام خيارات معدلة، اضغط على المفتاح F2 للدخول إلى مجموعة قائمة النمذجة.

حدد المستوى في لوحة العرض وحدد إعدادات أداة إعادة البناء عن طريق تحديد المربع المجاور لأداة إعادة البناء ضمن الأسطح وإعادة البناء. حدد عدد الامتدادات U ك 1، وعدد الامتدادات V كرقم لتصحيح V، و 1 خطي لكل من خيارات الدرجة أنت والدرجة V. احتفظ بالإعدادات الأخرى في الوضع الافتراضي واضغط على الزر إعادة إنشاء.

لإنشاء nHairs، اضغط على المفتاح F5 للدخول إلى مجموعة قائمة FX. استخدم أداة إنشاء شعر مع خيارات معدلة عن طريق تحديد المربع المجاور ل nHair وإنشاء شعر. اضبط الإخراج على منحنيات NURBS، وعدد U على 1، وعدد V على رقم تصحيح V، ثم اضغط على الزر إنشاء شعر.

احذف النواة1 ومجموعة hairSystem1OutputCurves و hairSystem1 في لوحة المخطط التفصيلي. قم بتوسيع المجموعة المسماة hairSystem1Follicles بالكامل واحذف جميع العناصر المصنفة بمنحنى. حدد المستوى ثم قم بتحريكه وتوجيهه بحيث يتداخل تقريبا مع العمود الفقري باستخدام أدوات النقل والتدوير.

حدد المستوى، واضغط مع الاستمرار على زر الماوس الأيمن، وحدد Control Vertex لجعل جميع رؤوس الطائرة مرئية. حرك القمم لتوجيه البصيلات بين الفقرات في الارتفاع الذي سيكون فيه الحبل الشوكي. قم بإنشاء عدد من المفاصل المنفصلة في أي مكان في لوحة العرض.

سيتم تصحيح موضع هذه المفاصل في خطوات لاحقة. في لوحة Outliner، حدد مفصلا تم إنشاؤه، ثم حدد Control nurbsPlaneFollicle واضغط على المفتاح P. كرر ذلك مع المفاصل الأخرى التي تم إنشاؤها في الخطوة السابقة وكائنات nurbsPlaneFollicle الأخرى.

في لوحة Outliner، حدد Control جميع المفاصل. في مربع القناة أو لوحة مربع الطبقة، اضبط ترجمة X و Y و Z على الصفر. حدد التحكم في جميع المفاصل في لوحة Outliner، ثم اضغط على مفتاحي Control وD لتكرارها.

حدد التحكم جميع المفاصل المكررة في لوحة Outliner واضغط على مفتاحي Shift وP لإلغاء إنشائها. اربط المفاصل تحت nurbsPlaneFollicle بشبكة فقراتها الخاصة عن طريق الضغط على المفتاح F3 للدخول إلى مجموعة قائمة التزوير. انقر على المفصل الأصلي تحت nurbsPlaneFollicle ، حدد Shift شبكة الفقرة المعنية.

ثم استخدم أداة ربط الجلد تحت الجلد وربط الجلد. كرر هذه الإجراءات لكل شبكة مشتركة وفقرات. حدد التحكم في جميع المفاصل المكررة والمستوى واستخدم أداة ربط الجلد لربط جميع المفاصل المكررة بالمستوى.

في برنامج الرسوم المتحركة والنمذجة 3D ، يتيح العمود الفقري الشريط الرسومي الحركة الطبيعية للعمود الفقري العظمي. يعرض البرنامج النموذج مع شبكات العظام المرفقة بنظام تزوير الرسومات مما يجعل من الممكن التحكم في موضع الهياكل العظمية. يسمح تزوير كل طرف بالمفاصل بوضع وخلق الحركة باستخدام المفاصل الرسومية ذات الأرقام من 1 إلى 10 للأطراف الأمامية والمفاصل الرسومية بالأرقام من 11 إلى 17 للأطراف الخلفية.

تمت مطابقة نموذج الخيول 3D مع صور Muybridge الكلاسيكية كدليل على المفهوم ، ولإنشاء الرسوم المتحركة الأولى. يمكن نقل النموذج من الوضع الطبيعي إلى أوضاع مختلفة مثل الدوران العرضي للعمود الفقري ، مما يجعل من الممكن فهم علاقة المواقف بأنظمة القوة الميكانيكية المسببة للأمراض والانحطاط الناتج عن العناصر الهيكلية والمفاصل والأنسجة الرخوة المصابة. تمت مقارنة حركات نموذج 4D بمقاطع الفيديو من الجانب والخلف والأمام لتصوير حركة العمود الفقري بدقة أكبر ومقاطع فيديو للخيول في المشي ، والكانتر ، والهرولة لإنشاء رسوم متحركة لتلك المشي.

دراسة ميكانيكا الجسم كله ضرورية لفهم آثار أمراض المفاصل التنكسية. يوفر هذا النموذج طريقة لدراسة العلاقة بين الحركة الشاذة والمواقف وانحطاط الأنسجة الناتج. هذا النموذج الفريد للخيول كامل الجسم القائم على بيانات التضاريس المحسوبة يمكن من دراسة هذا المجال البحثي وغيره بسبب مرونته وقدرته على التعديل من قبل المستخدمين للإجابة على أسئلتهم المحددة.