יצירת אווטארים של לוחמים מתמונות זירת אימוני נשק להדמיות חשיפה לפיצוץ
6 בדצמבר 2024
מסגרת חישובית פותחה כדי לשחזר באופן אוטומטי סצנות וירטואליות המורכבות מאווטארים תלת-ממדיים של חיילים באמצעות נתוני תמונה ו/או וידאו. הסצנות הווירטואליות עוזרות להעריך את החשיפה ללחץ יתר במהלך אימוני נשק. הכלי מאפשר ייצוג ריאליסטי של יציבה אנושית בסימולציות חשיפה להדף בתרחישים שונים.
באמצעות הקלטות מצלמות, העבודה הנוכחית מבקשת לפתח שיטה אוטומטית ליצירת מודלים וירטואליים של לוחמי מלחמה לחיזוי חשיפה לפיצוץ בתרחישי אימון נשק. שאלת המפתח היא האם נוכל להאיץ את תהליך יצירת המודלים של חברי השירות הווירטואלי הללו לצורך הערכת חשיפה מהירה. עבודה זו משתמשת בכלים העדכניים ביותר מבוססי למידת מכונה להערכת תנוחה אנושית תלת-ממדית ממצלמה יחידה.
כלים אלה מאפשרים לנו לחלץ את המיקום והיציבה של כל אדם בתמונה, ולייעל את תהליך הדמיית החשיפה לפיצוץ. השימוש בחיישנים אחרים קשה מכיוון שלאנשי השירות בהכשרה אין זמן להרכיב חיישנים רבים ושונים. עם זאת, מצלמה יכולה בקלות להקליט אימון צבאי, כך שהעבודה שלנו ממנפת את השיטה הזו כדי להתגבר על המגבלות של סוגים אחרים של חיישנים.
כלי BOP שלנו הוא הכלי החישובי הראשון לחיזוי פיצוץ הלחץ שלנו על חברי השירות באמצעות מודלים של ריצה מהירה הממוטבים עם לחץ שטח ונתוני חיישנים. הוא משכפל באופן שיטתי את היציבה והמיקום של אנשי השירות במהלך ירי הנשק, במטרה להעריך במדויק לחץ יתר על אזורים אנטומיים שונים של איש השירות. אנו שואפים לשפר ולהעביר את כלי הפיצוץ או הלחץ הנוכחי לפיצוץ בזמן אמת על מוצר ניטור לחץ לחשיפה לצובר.
כמו כן, נפעל להתאמת מינון זה לתגובת TBA לצורך הערכת סיכוני פגיעה.
סקירה כללית
מחקר זה מציג מסגרת חישובית שנועדה לשחזר באופן אוטומטי סצנות וירטואליות של חיילים באמצעות נתוני תמונה ווידאו. המסגרת שואפת להעריך את החשיפה ללחץ יתר של פיצוץ במהלך אימוני נשק, על ידי סימולציה מדויקת של תנוחת הגוף האנושית בתרחישים שונים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מידול חישובי
- סימולציות מציאות מדומה
- הערכת חשיפה לפיצוץ
רקע
- שיטות קיימות למדידת חשיפה לפיצוץ מוגבלות בשל הצורך בחיישנים פיזיים.
- הקלטות מצלמה מהוות חלופה מעשית לתיעוד תרחישי אימון.
- כלי למידת מכונה יכולים לשפר את הדיוק של הערכת תנוחת גוף אנושית בתלת-ממד.
- סימולציות ריאליסטיות הן קריטיות להערכת סיכוני פציעה באימונים צבאיים.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה אוטומטית ליצירת מודלים וירטואליים של לוחמים.
- ניבוי יעיל של חשיפה להדפי פיצוץ בתרחישי אימון בנשק.
- הסבת הכלי לחישוב לחץ יתר של הדפי פיצוץ למוצר ניטור בזמן אמת.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שימוש בהקלטות ממצלמה לאיסוף נתונים.
- יישום למידת מכונה להערכת תנוחה אנושית בתלת-ממד.
- פיתוח כלי ה-BOP לסימולציה של חשיפה לפיצוץ.
- שילוב ממשק משתמש גרפי (GUI) ידידותי להגדרת תרחישים והרצת סימולציות.
תוצאות עיקריות
- כלי ה-BOP חוזה בהצלחה לחצי פיצוץ על חיילים וירטואליים.
- הסימולציות מספקות ויזואליזציות מפורטות של עומסי לחץ יתר לאורך זמן.
- המסגרת מאפשרת הגדרה מהירה של תרחישים והרצה של סימולציות.
- ניתן להשתמש בתוצאות להערכת סיכוני פציעה באימונים צבאיים.
מסקנות
- השיטה האוטומטית משפרת את היעילות של יצירת מודלים וירטואליים.
- סימולציות ריאליסטיות יכולות לשפר את אמצעי הבטיחות באימונים צבאיים.
- עבודות עתידיות יתמקדו במתאם בין נתוני חשיפה להדף לבין תוצאות הפגיעה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
יצירה אוטומטית של אווטארים של לוחמים המדויקים מבחינה אנטומית מתמונות של סביבת אימון מאפשרת סימולציות מהירות של חשיפה לפיצוצים בהתאם לתנוחה ספציפית. יכולת זו נותנת מענה לפער קריטי בהערכת החשיפה על ידי שילוב אנתרופומטריה המופקת מתמונות עם מידול חישובי, ובכך תומכת בביטחון ניבוי בהערכת סיכונים. גישה זו משפרת את הרצף התרגומי ממעבר נתונים מהשטח להערכת בטיחות מונחית סימולציה, ומספקת מידע לקבלת החלטות ברמת הפורטפוליו במחקר ופיתוח של בריאות ביטחון.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר הפחתת סיכונים מכניסטית על ידי שחזור תרחישי חשיפה ספציפיים לתנוחה מתוך תמונות מהעולם האמיתי.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של היפותזות תגובה לחשיפה באמצעות מודלים וירטואליים מדויקים מבחינה אנטומית.
- מסייע בביסוס ביטחון חיזוי בהערכת סיכון לפגיעה על ידי שילוב נתונים שנגזרו מהשטח עם פלטי סימולציה.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- מכין מערכות וירטואליות מתוקשפות עבור תהליכי עבודה של מידול חשיפה חישובית בהמשך.
- מנstandardize את יצירת האווטארים ואת הגדרת התרחישים, ובכך משפר את השחזוריות והיכולת להרחבה של סימולציות פיצוץ.
- מאפשר השוואה כמותית של מדדי חשיפה בין מערכות נשק ותנוחות שונות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה עומסי פיצוץ מדומים עם סמנים ביולוגיים תרגומיים של סיכון לפגיעה בעת ביצוע קורלציה בין חשיפה לתגובה ביולוגית.
- שומרת על רצף החל מרכישת נתונים מהשטח, דרך סימולציה פרה-קלינית ומידול סיכונים.
- תומכת בקידום אסטרטגיות הגנה המותאמות לסיכון, בהתבסס על פלטי סימולציית חשיפה.
שילוב זרימת עבודה וצנרת עיבוד
פרוטוקול זה משלב לכידת נתונים מבוססת תמונה עם מודלים חישוביים, החל משלב הגילוי המוקדם ועד להערכת סיכונים תרגומית במחקר בריאותי ביטחוני.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת נתוני חשיפה ספציפיים לתנוחת הגוף כדי להבהיר מסלולים מכניסטיים של פגיעת פיצוץ.
- סריקה: מספקת תרחישים וירטואליים סטנדרטיים הניתנים לשחזור לצורך ניתוח השוואתי של חשיפה.
- אנליטיקה: מפיקה מדדי לחץ-יתר כמותיים במיקומים רלוונטיים מבחינה אנטומית להשוואה רהוטה של תנאים.
- מחקר תרגומי: מגשר בין נתוני חשיפה שהופקו מהשטח לבין סימולציה פרה-קלינית לצורך התאמת סמני ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה חישובית לשימוש חוזר עבור תרחישים מגוונים של נשקים ותנוחות גוף.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בהערכת חשיפה לפיצוץ.
- ערך תפעולי: מייעל את הגדרת התרחישים, סטנדרטיזציה של יצירת דמויות (avatars) ומאפשר זרימות עבודה של סימולציה הניתנות להרחבה.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס לקבלת החלטות של "המשך/עצור" (go/no-go) עבור התערבויות הגנה ואסטרטגיות להפחתת חשיפה.
- השפעה על פורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם-סיכון של השקעות מחקר בבריאות ביטחונית ומניעת פגיעות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במידול חישובי, ניתוח תמונות וחילוץ נתונים אנתרופומטריים.
- תלוי בגישה להקלטות מצלמה ובתשתית אנליטית תואמת להערכת תנוחה בתלת-ממד.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של הגדרות תרחישים ופרוטוקולים של סגמנטציית אווטארים.
- ייתכן שיידרש ביצוע התאמות עבור מערכות נשק, תנוחות ותנאי סביבה שונים.
- הדיוק תלוי באיכות התמונה ובמידת הנח fidelity של כלי הערכת תנוחה מבוססי למידת מכונה.
