Construction d’un modèle squelettique équin réaliste, en trois dimensions, à l’aide de données de tomodensitométrie

Un modèle squelettique réaliste d’un cheval est créé à partir de données de tomodensitométrie équine qui peuvent être manipulées pour comprendre la modélisation fonctionnelle, anatomique et biomécanique de l’ensemble du corps équin. La technique permet un positionnement rapide et facile du modèle pour aider à caractériser les différentes postures équines. Le modèle peut aider à caractériser les postures équines associées à des maladies dégénératives des tissus et à identifier les postures qui réduisent les contraintes mécaniques.

La méthode peut être adaptée et modifiée pour aider à modéliser d’autres espèces à des fins cliniques, telles que les chiens ou d’autres activités académiques telles que la modélisation des transitions évolutives. La démonstration de la procédure sera assurée par Alex Lee, un étudiant diplômé du laboratoire Osborn, présenté ici avec le Dr Osborn. Commencez par placer des articulations graphiques à l’intérieur du membre antérieur dans toutes les zones de mouvement.

Appuyez sur la touche F3 pour activer le menu de gréement défini. Dans les menus, cliquez sur Squelette et Créer des joints, pour sélectionner l’outil Créer des joints. Dans le panneau Affichage du logiciel, cliquez sur les zones approximatives des joints de l’ordre de un à 10 et appuyez sur la touche Entrée.

Ajustez la position des joints en cliquant sur le joint souhaité et en utilisant l’outil de déplacement, effectué en appuyant sur la touche W pour traduire le joint dans la position souhaitée. Vous pouvez également ajuster un joint en cliquant sur le joint souhaité et en modifiant les valeurs Translate X, Translate Y et Translate Z situées dans la zone Channel (Channel) ou dans le panneau De l’éditeur de calques.) Ensuite, créez cinq poignées cinématiques inverses distinctes.

Dans les menus, cliquez sur Squelette et Créer une poignée IK pour sélectionner l’outil Créer une poignée IK. À l’aide de l’outil Créer une poignée IK, sélectionnez joint un, puis joint trois, et nommez cette poignée IK, Front Leg IK"dans le panneau Outliner. Ensuite, utilisez l’outil et sélectionnez l’articulation trois et l’articulation sept.

Nommez cette poignée IK, Front Lower IK. Utilisez l’outil et sélectionnez les joints sept et huit et nommez cette poignée IK, Front Toe 1 IK. Répétez l’étape avec les joints huit et neuf pour créer le Front Toe 2 IK. Ensuite, avec les articulations neuf et 10 pour créer le IK.To de l’orteil avant, créez des contrôles de membres antérieurs, créez un cercle B-splines rationnel non uniforme, ou NURBS, en sélectionnant Créer des primitives NURBS et Cercle. Créez deux cercles NURBS entourant les articulations 3 et 10, et nommez-les respectivement Front Control et Front Lower Control dans le panneau Outliner. Créez un autre cercle NURBS et sélectionnez-le.

Dans la zone Couche ou le panneau Éditeur de calque, définissez la valeur Rotation Z sur 90. À l’aide de l’outil de déplacement, placez-le à l’extrémité du joint 10 et nommez-le Front Flick Control"dans le panneau Outliner. Groupez l’orteil avant 1 IK, l’orteil avant 2 IK et l’orteil avant 3 IK en sélectionnant les trois et en appuyant sur la touche G.

Nommez ce groupe, Front Toe Group » dans le panneau Outliner. Parent les poignées IK et le groupe d’orteils avant aux commandes, en sélectionnant d’abord le IK de la jambe avant, puis le contrôle avant et appuyez sur la touche P. Contrôle sélectionnez le contrôle inférieur avant, puis le contrôle avant, puis appuyez sur la touche P.

Contrôle sélectionnez l’IK inférieur avant, puis le contrôle inférieur avant, puis appuyez sur la touche P. Contrôle sélectionnez le contrôle de glissement avant, puis le contrôle inférieur avant, puis appuyez sur la touche P. Contrôle Sélectionnez le groupe d’orteils avant, puis le contrôle de glissement avant, puis appuyez sur la touche P.

Ensuite, utilisez l’outil Bind Skin pour lier les mailles osseuses à la plate-forme articulaire. Sélectionnez le maillage osseux, puis sélectionnez l’articulation la plus proximale et utilisez l’outil Lier la peau qui se trouve sous Peau et lier la peau. À l’aide de l’outil Créer des articulations, créez une articulation à l’intérieur de la maille osseuse sésamoïde.

À l’aide de l’outil Bind Skin, liez le maillage osseux sésamoïde à l’articulation. Sélectionnez l’articulation à l’intérieur de l’os sésamoïde et décalez sélectionnez l’articulation du membre antérieur la plus proche et appuyez sur la touche P pour la parenter. Créez un plan NURBS dont la longueur est à peu près égale à la longueur de la colonne vertébrale.

Sélectionnez 1 pour le patch U et le nombre de vertèbres thoraciques et lombaires pour le patch V. Sélectionnez le carré situé en regard de l’outil Créer un plan sous Créer des primitives NURBS et Plan. Pour reconstruire le plan avec des options modifiées, appuyez sur la touche F2 pour accéder au menu Modélisation.

Sélectionnez le plan dans le panneau Affichage et sélectionnez les paramètres de l’outil de reconstruction en sélectionnant le carré en regard de l’outil Reconstruire sous Surfaces et Reconstruire. Sélectionnez le nombre de travées U comme 1, le nombre de travées V comme nombre pour le patch V et 1 linéaire pour les options Degré U et Degré V. Conservez les autres paramètres par défaut et appuyez sur le bouton Reconstruire.

Pour créer nHairs, appuyez sur la touche F5 pour accéder au menu FX. Utilisez l’outil Créer des cheveux avec des options modifiées en sélectionnant le carré en regard de nHair et Create Hairs. Définissez la sortie sur les courbes NURBS, le nombre U sur 1, le nombre V sur le nombre pour le patch V, puis appuyez sur le bouton Créer des poils.

Supprimez nucleus1, hairSystem1OutputCurves et hairSystem1 dans le panneau Outliner. Développez complètement le groupe intitulé hairSystem1Follicles et supprimez tous les éléments étiquetés avec une courbe. Sélectionnez le plan, puis déplacez-le et orientez-le de manière à ce qu’il se chevauche grossièrement avec la colonne vertébrale à l’aide des outils Déplacer et Faire pivoter.

Sélectionnez le plan, maintenez le bouton droit de la souris enfoncé, puis sélectionnez Contrôler le sommet pour rendre tous les sommets du plan visibles. Déplacez les sommets pour orienter les follicules entre les vertèbres à la hauteur où se trouverait la moelle épinière. Créez un certain nombre de joints distincts à n’importe quel endroit du panneau Affichage.

La position de ces articulations sera corrigée dans les étapes ultérieures. Dans le panneau Outliner, sélectionnez un joint créé, puis Ctrl sélectionnez un nurbsPlaneFollicle et appuyez sur la touche P. Répétez l’opération avec les autres articulations créées à l’étape précédente et les autres objets nurbsPlaneFollicle.

Dans le panneau Outliner, Contrôle sélectionnez tous les joints. Dans la zone Couche ou calque, définissez traduire X, Y et Z sur zéro. Contrôle sélectionnez tous les joints dans le panneau Outliner et appuyez sur les touches Ctrl et D pour les dupliquer.

Sélectionnez tous les joints en double dans le panneau Outliner et appuyez sur les touches Maj et P pour les annuler. Liez les articulations sous nurbsPlaneFollicle avec leur maillage de vertèbre respectif en appuyant sur la touche F3 pour accéder au menu Rigging. Cliquez sur l’articulation d’origine sous nurbsPlaneFollicle, Maj sélectionnez le maillage de vertèbre respectif.

Utilisez ensuite l’outil Lier l’habillage sous Peau et Lier l’habillage. Répétez ces actions pour chaque maillage articulaire et vertébral. Contrôle Sélectionnez tous les joints en double et le plan et utilisez l’outil Lier l’enveloppe pour lier tous les joints en double au plan.

Dans le logiciel d’animation et de modélisation 3D, la colonne vertébrale du ruban graphique permet le mouvement naturel de la colonne vertébrale osseuse. Le logiciel affiche le modèle avec les mailles osseuses attachées au système de gréement graphique permettant de contrôler la position des squelettes. Le gréement de chaque membre avec des articulations permet le positionnement et la création de mouvement à l’aide d’articulations graphiques avec les chiffres 1 à 10 pour les membres antérieurs et les articulations graphiques avec les numéros 11 à 17 pour les membres postérieurs.

Le modèle équin 3D a été associé à des photos classiques de Muybridge comme preuve de concept et pour créer les premières animations. Le modèle peut être déplacé d’une posture normale à diverses postures comme une rotation transversale de la colonne vertébrale, ce qui permet de comprendre la relation entre les postures et les régimes de force pathomécaniques et la dégénérescence résultante des éléments squelettiques, des articulations et des tissus mous affectés. Les mouvements du modèle 4D ont été comparés à des vidéos sur le côté, à l’arrière et à l’avant pour représenter plus précisément le mouvement de la colonne vertébrale et à des vidéos de chevaux à la marche, au galop et au trot pour créer des animations de ces allures.

L’étude de la mécanique du corps entier est nécessaire pour comprendre les effets des maladies articulaires dégénératives. Ce modèle fournit un moyen d’étudier la relation entre les mouvements et les postures aberrants et la dégénérescence tissulaire qui en résulte. Ce modèle équin unique du corps entier basé sur des données topographiques calculées permet l’étude de ce domaine de recherche et d’autres en raison de sa flexibilité et de sa capacité à être modifié par les utilisateurs pour répondre à leurs questions spécifiques.