Name: יצירת אווטארים של לוחמים מתמונות זירת אימוני נשק להדמיות חשיפה לפיצוץ (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-12-06T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 20 s
Description: למד שיטה חישובית ליצירת אווטארים של לוחמים מתמונות אימוני נשק באמצעות למידת מכונה להערכת תנוחה תלת-ממדית. כלי BOP מנבא חשיפה ללחץ פיצוץ בזמן אמת לשיפור בטיחות האימונים הצבאיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

התמונות והסרטונים ששימשו במחקר זה לא התקבלו ישירות על ידי המחברים מנבדקים אנושיים. תמונה אחת נלקחה ממשאבים חופשיים בוויקישיתוף, הזמין תחת רישיון נחלת הכלל. התמונה השנייה סופקה על ידי משתפי פעולה במכון המחקר הצבאי וולטר ריד (WRAIR). הנתונים שהתקבלו מ-WRAIR לא זוהו ושותפו בהתאם להנחיות המוסדיות שלהם. עבור התמונות שסופקו על ידי WRAIR, הפרוטוקול פעל בהתאם להנחיות ועדת האתיקה של המחקר האנושי של WRAIR, כולל השגת כל האישורים וההסכמות הדרושים.
1. גישה למודול BOP Tool SCENE
<ol><li>פתח את BOP Tool SCENE Module מתוך BOP Tool Interface על ידי לחיצה על הלחצן BOP Tool SCENE Module .</li>
	<li>לחץ על הגדרת תרחיש ולאחר מכן לחץ על הכרטיסייה פרטי תרחיש .</li>
</ol>2. קריאה ועיבוד של נתוני התמונה
<ol><li>לחץ על הלחצן POSETOOL IMPORT במודול SCENE של הכלי BOP. נפתח חלון קופץ המבקש מהמשתמש לבחור את התמונה או הסרטון הרלוונטיים.</li>
	<li>נווט אל התיקיה ובחר את התמונה/סרטון הרלוונטיים באמצעות פעולות עכבר.</li>
	<li>לחץ על פתח בחלון המוקפץ לאחר בחירת תמונה. הערה: פעולה זו קוראת את התמונה או קובץ הווידאו, יוצרת תמונה אם נבחר סרטון, מפעילה את אלגוריתם הערכת התנוחה ברקע, יוצרת את דגמי חברי השירות הווירטואליים המעורבים בסצנת אימוני הנשק וטוענת אותם למודול BOP Tool SCENE במיקומים המתאימים שלהם.</li>
</ol>3. הגדרת הנשק והיורה
<ol><li>בחר שם עבור התרחיש באמצעות תיבת הטקסט תחת שם תרחיש. זוהי בחירה של המשתמש. עבור התרחיש הנדון כאן, היזמים בחרו בשם התרחיש BlastDemo1.</li>
	<li>בחר שם מותאם אישית תחת השדה שם תחת הגדרת נשק. זוהי, שוב, בחירה של המשתמש. עבור התרחיש שנדון כאן, היזמים בחרו את שם הנשק 120מרגמה.</li>
	<li>בחר את סוג הנשק המתאים, למשל, מרגמה כבדה, מרשימת האפשרויות בתפריט הנפתח.</li>
	<li>בחר את הנשק (M120 במקרה זה) מרשימת האפשרויות בתפריט הנפתח. עם בחירת מערכת הנשק, ליבת הפיצוץ המתאימה תיטען אוטומטית לממשק המשתמש הגרפי תחת לשונית המשנה מטענים. הערה: התפריט הנפתח יכלול את מערכות הנשק האפשריות השונות הספציפיות לסוג הנשק שנבחר לעיל.</li>
	<li>בחר את פגז התחמושת (סבב אימונים לטווח מלא) עבור מערכת הנשק שנבחרה באמצעות האפשרויות הנפתחות.</li>
	<li>בחר ללא יורה תחת השדות אנתרופומטריה, יציבה, קסדה ושריון מגן תחת הגדרת היורה מהאפשרויות הנפתחות. ראה איור 3 עבור יורים מוגדרים וחברי שירות. הערה: מאחר שהיורה ייכלל בסצנה שיובאה עד שלב 4, לא נבחר יורה תחת הגדרת היורה.</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig03.jpg"> איור 3: סצנת פיצוץ מיובאת מנתוני התמונה. סצנת הפיצוץ גלויה בחלון התצוגה החזותית בצד ימין של כלי ממשק המשתמש הגרפי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
4. הגדרת חברי השירות
<ol><li>לחץ על הכרטיסייה חברי שירות . כרטיסייה זו שולטת במיקום ובכיוון של חברי השירות המיובאים מנתוני התמונה; השתמש באפשרויות X, Y, Z וסיבוב לשם כך. עבור האווטאר המתאים לעוזר התותחן, המחברים התאימו את מיקום Y מ-2.456 ל-2 לעמדת עוזר תותחן סבירה יותר.</li>
	<li>בחר שמות מותאמים אישית עבור כל המודלים של חברי השירות הווירטואלי שיובאו לממשק המשתמש הגרפי באמצעות השדה שם תחת הכרטיסיה חברי שירות. S1, S2, S3, S4 ו- S5 נבחרים כאן עבור כל דגמי חברי השירות המיובאים באופן אוטומטי. הערה: עבור התרחיש הנדון כאן, הם נקראו S1 ו- S2. שאר השדות מתמלאים באופן אוטומטי. משתמשים יכולים לשנות אותם כדי לחדד את המיקום/התנוחות המשוערות באופן אוטומטי.</li>
	<li>השתמש בלחצן מחק כדי להסיר את S2, S4 ו- S5. בתרחיש המודגם כאן, רק היורה ועוזר התותחן נוכחים בעת הירי. הערה: פעולה זו בוצעה כדי להדגים את אפשרויות המשתמש המותאמות אישית למחיקה או הוספה של מודלים של חברי שירות כנדרש לסצינה קיימת.</li>
</ol>5. הגדרת החיישנים הווירטואליים
<ol><li>נווט אל הכרטיסיה חיישנים . הוסף חיישן וירטואלי חדש על ידי לחיצה על הוסף חיישן.</li>
	<li>בחר שם מותאם אישית תחת השדה שם. המפתחים בחרו V1 להדגמה במאמר זה.</li>
	<li>בחר את הסוג כוירטואלי על-ידי לחיצה על התפריט הנפתח תחת השדה סוג חיישן.</li>
	<li>בחר את מיקום החיישן ( -0.5, 2, 0.545) על-ידי עריכת תיבות הטקסט תחת השדות X, Y ו- Z. עבור התרחיש הנדון כאן, המפתחים יצרו ארבעה חיישנים שונים בארבעה מיקומים שונים למטרות הדגמה. המפתחים בחרו ב-V2, V3 ו-V4 כשמות החיישנים הנוספים.</li>
	<li>חזור על השלבים מ- 5.1 עד 5.4 כדי ליצור חיישנים נוספים ב- ( -0.5, 1, 0.545), ( -0.5, 0.5, 0.545) ו- ( -0.5, 0, 0.545). השאר את ערך הסיבוב כאפס. הערה: המשתמש יכול גם לבחור חיישנים מישוריים שבמהלכם ניתן להשתמש בסיבוב כדי להתאים את כיוון החיישן ביחס למטען הפיצוץ.</li>
</ol>6. שמירה והפעלה של התוכנית
<ol><li>שמור את סצנת אימוני הנשק על ידי לחיצה על שמור תרחיש כפתור בממשק המשתמש הגרפי בחלק העליון.</li>
	<li>הפעל את סימולציית לחץ היתר של הדף עבור זירת אימון הנשק M120 על ידי לחיצה על לחצן הפעל תרחיש בתחתית. התקדמות הסימולציה מוצגת באמצעות מד ההתקדמות בתחתית.</li>
</ol>7. הדמיה של התוצאות
<ol><li>נווטו אל הכרטיסייה Model View כדי לבחון את סימולציית החשיפה ללחץ יתר של פיצוץ.</li>
	<li>לחץ על הלחצן Current כדי לטעון את ההדמיה שהושלמה בחלון התצוגה החזותית.</li>
	<li>לאחר טעינת הסימולציה, דמיינו את הסימולציה באמצעות כפתור ההפעלה בתחתית המסך.<ol><li>המשתמש יכול לבחור בין האפשרויות השונות בסרגל הניווט כדי להפעיל ולהשהות את הסימולציה במהירויות שונות. צילום המסך של פקדי ההפעלה להלן מציג אפשרויות נוספות. המשתמש יכול לשלוט בחלון האינטראקטיבי באמצעות העכבר. לחצו לחיצה ימנית וגררו כדי לסובב את המצב, את הלחצן השמאלי כדי לתרגם את הדגם, ואת הלחצן האמצעי כדי לגלול פנימה/החוצה.</li>
	</ol></li>
	<li>לאחר סקירת הסימולציה, נווט אל הכרטיסייה מדדי עומס פיצוץ על ידי לחיצה עליה.</li>
	<li>לחץ על הלחצן Current כדי לטעון את חלקות לחץ היתר במיקומי החיישנים הווירטואליים. הערה: פעולה זו תעמיס את המידע על לחץ יתר במיקומי החיישנים השונים בחלקות שונות.</li>
	<li>נווט אל הסדרה הנפתחת כדי להציג ובחר על-ידי סימון התיבה עבור החיישן המתאים כדי להתוות את לחץ היתר שנרשם באותו חיישן וירטואלי (ראה איור 4).</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig04.jpg"> איור 4: בקרות עלילה ללחצי יתר בחיישנים וירטואליים שונים לאורך זמן. משתמשים יכולים לבחור את הסדרה שתוצג על ידי בדיקה או ביטול הסימון של החיישנים השונים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

<meta charset="utf8"></head><body>יצירת סצנה וירטואלית לסימולציות גלי הדף באימוני נשק צבאי

<ol><li>LaValle, C. R., et al. Neurocognitive performance deficits related to immediate and acute blast overpressure exposure. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLaValle%2C+CR+%22Front+Neurol%22">Front Neurol</a>. 10, (2019).</li>
<li>Kamimori, G. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Longitudinal+investigation+of+neurotrauma+serum+biomarkers%2C+behavioral+characterization%2C+and+brain+imaging+in+soldiers+following+repeated+low-level+blast+exposure+%28New+Zealand+Breacher+Study%29%5BTitle%5D)+AND+%22Military+Med%22%5BJournal%5D)">Longitudinal investigation of neurotrauma serum biomarkers, behavioral characterization, and brain imaging in soldiers following repeated low-level blast exposure (New Zealand Breacher Study).</a> Military Med. 183 (suppl_1), 28-33 (2018).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+and+chronic+molecular+signatures+and+associated+symptoms+of+blast+exposure+in+military+breachers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Acute and chronic molecular signatures and associated symptoms of blast exposure in military breachers.</a> J Neurotrauma. 37 (10), 1221-1232 (2020).</li>
<li>Gill, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moderate+blast+exposure+results+in+increased+IL-6+and+TNF%CE%B1+in+peripheral+blood%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Behavior+Immunity%22%5BJournal%5D)">Moderate blast exposure results in increased IL-6 and TNFα in peripheral blood.</a> Brain Behavior Immunity. 65, 90-94 (2017).</li>
<li>Carr, W., et al. Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase-L1 as a serum neurotrauma biomarker for exposure to occupational low-Level blast. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCarr%2C+W+%22Front+Neurol%22">Front Neurol</a>. 6, (2015).</li>
<li>Boutté, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain-related+proteins+as+serum+biomarkers+of+acute%2C+subconcussive+blast+overpressure+exposure%3A+A+cohort+study+of+military+personnel%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Brain-related proteins as serum biomarkers of acute, subconcussive blast overpressure exposure: A cohort study of military personnel.</a> PLoS One. 14 (8), e0221036(2019).</li>
<li>Skotak, M., et al. Occupational blast wave exposure during multiday 0.50 caliber rifle course. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSkotak%2C+M+%22Front+Neurol%22">Front Neurol</a>. 10, (2019).</li>
<li>Kamimori, G. H., Reilly, L. A., LaValle, C. R., Silva, U. B. O. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Occupational+overpressure+exposure+of+breachers+and+military+personnel%5BTitle%5D)+AND+%22Shock+Waves%22%5BJournal%5D)">Occupational overpressure exposure of breachers and military personnel.</a> Shock Waves. 27 (6), 837-847 (2017).</li>
<li>Misistia, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensor+orientation+and+other+factors+which+increase+the+blast+overpressure+reporting+errors%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Sensor orientation and other factors which increase the blast overpressure reporting errors.</a> PLoS One. 15 (10), e0240262(2020).</li>
<li>National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2020. Wikipedia. , https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=National_Defense_Authorization_Act_for_Fiscal_Year_2020&oldid=1183832580 (2023).</li>
<li>Przekwas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast-running+tools+for+personalized+monitoring+of+blast+exposure+in+military+training+and+operations%5BTitle%5D)+AND+%22Military+Med%22%5BJournal%5D)">Fast-running tools for personalized monitoring of blast exposure in military training and operations.</a> Military Med. 186 (Supplement_1), 529-536 (2021).</li>
<li>Spencer, R. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiscal+year+2018+National+Defense+Authorization+Act%2C+Section+734%2C+Weapon+systems+line+of+inquiry%3A+Overview+and+blast+overpressure+tool-A+module+for+human+body+blast+wave+exposure+for+safer+weapons+training%5BTitle%5D)+AND+%22Military+Med%22%5BJournal%5D)">Fiscal year 2018 National Defense Authorization Act, Section 734, Weapon systems line of inquiry: Overview and blast overpressure tool-A module for human body blast wave exposure for safer weapons training.</a> Military Med. 188 (Supplement_6), 536-544 (2023).</li>
<li>Delp, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OpenSim%3A+open-source+software+to+create+and+analyze+dynamic+simulations+of+movement%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">OpenSim: open-source software to create and analyze dynamic simulations of movement.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 54 (11), 1940-1950 (2007).</li>
<li>Zhou, X., Sun, K., Roos, P. E., Li, P., Corner, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anthropometry+model+generation+based+on+ANSUR+II+database%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Digital+Human%22%5BJournal%5D)">Anthropometry model generation based on ANSUR II database.</a> Int J Digital Human. 1 (4), 321(2016).</li>
<li>Zhou, X., Przekwas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+and+robust+whole-body+control+algorithm+for+running%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Human+Factors+Modell+Simulat%22%5BJournal%5D)">A fast and robust whole-body control algorithm for running.</a> Int J Human Factors Modell Simulat. 2 (1-2), 127-148 (2011).</li>
<li>Zhou, X., Whitley, P., Przekwas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+musculoskeletal+fatigue+model+for+prediction+of+aviator+neck+manoeuvring+loadings%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Human+Factors+Modell+Simulat%22%5BJournal%5D)">A musculoskeletal fatigue model for prediction of aviator neck manoeuvring loadings.</a> Int J Human Factors Modell Simulat. 4 (3-4), 191-219 (2014).</li>
<li>Roos, P. E., Vasavada, A., Zheng, L., Zhou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neck+musculoskeletal+model+generation+through+anthropometric+scaling%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Neck musculoskeletal model generation through anthropometric scaling.</a> PLoS One. 15 (1), e0219954(2020).</li>
<li>Garimella, H. T., Kraft, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+mechanics+of+axonal+fiber+tracts+using+the+embedded+finite+element+method%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Numer+Method+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Modeling the mechanics of axonal fiber tracts using the embedded finite element method.</a> Int J Numer Method Biomed Eng. 33 (5), (2017).</li>
<li>Garimella, H. T., Kraft, R. H., Przekwas, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+blast+induced+skull+flexures+result+in+axonal+deformation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Do blast induced skull flexures result in axonal deformation.</a> PLoS One. 13 (3), e0190881(2018).</li>
<li>Przekwas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanics+of+blast+TBI+with+time-resolved+consecutive+primary%2C+secondary%2C+and+tertiary+loads%5BTitle%5D)+AND+%22Military+Med%22%5BJournal%5D)">Biomechanics of blast TBI with time-resolved consecutive primary, secondary, and tertiary loads.</a> Military Med. 184 (Suppl 1), 195-205 (2019).</li>
<li>Gharahi, H., Garimella, H. T., Chen, Z. J., Gupta, R. K., Przekwas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mathematical+model+of+mechanobiology+of+acute+and+repeated+synaptic+injury+and+systemic+biomarker+kinetics%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Cell+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Mathematical model of mechanobiology of acute and repeated synaptic injury and systemic biomarker kinetics.</a> Front Cell Neurosci. 17, 1007062(2023).</li>
<li>Przekwas, A., Somayaji, M. R., Gupta, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synaptic+mechanisms+of+blast-induced+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurol%22%5BJournal%5D)">Synaptic mechanisms of blast-induced brain injury.</a> Front Neurol. 7, 2(2016).</li>
<li>Liu, Y., Wang, C., Zhou, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Camouflaged+people+detection+based+on+a+semi-supervised+search+identification+network%5BTitle%5D)+AND+%22Def+Technol%22%5BJournal%5D)">Camouflaged people detection based on a semi-supervised search identification network.</a> Def Technol. 21, 176-183 (2023).</li>
<li>Batpurev, T. Real time 3D body pose estimation using MediaPipe. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://temugeb.github.io/python/computer_vision/2021/09/14/bodypose3d.html">https://temugeb.github.io/python/computer_vision/2021/09/14/bodypose3d.html</a> (2021).</li>
</ol>

במהלך אימונים צבאיים, אנשי השירות והמדריכים נחשפים לעיתים קרובות לפיצוצים ברמה נמוכה עם נשק כבד וקל. מחקרים אחרונים הראו כי חשיפה לפיצוץ עלולה להוביל לירידה בביצועים נוירו-קוגניטיביים 1,2 ולשינויים בסמנים ביולוגיים בדם 3,4,5,6. חשיפה חוזרת ונשנית להדף ברמה נמוכה גורמת לאתגרים בשמירה על ביצועים מיטביים ובמזעור הסיכון לפציעה 7,8. לגישה הקונבנציונלית המשתמשת בחיישני לחץ לבישים יש חסרונות, במיוחד כשמדובר בקביעה מדויקת של לחצי הדף על הראש9. ההשפעות השליליות הידועות של חשיפה חוזרת ונשנית להדף ברמה נמוכה על ביצועי האדם (למשל, במהלך אימונים ובתפקידים מבצעיים) מחריפות בעיה זו. מנדטים של הקונגרס (סעיפים 734 ו-717) קבעו את הדרישה למעקב אחר חשיפה להדף באימונים ובלחימה והכללתה ברשומה הרפואית של איש השירות10.
ניתן להשתמש בחיישנים לבישים כדי לנטר את לחץ היתר של ההדף במהלך אימוני לחימה אלה. עם זאת, חיישנים אלה מושפעים ממשתנים כגון תנוחת הגוף, כיוון ומרחק ממקור ההדף בשל האופי המורכב של אינטראקציות גלי הדף עם גוף האדם9. הגורמים הבאים משפיעים על פיזור הלחץ ומדידות חיישנים9:
מרחק ממקור הפיצוץ: עוצמת הלחץ משתנה עם המרחק ככל שגל ההדף מתפזר ונחלש. חיישנים הקרובים יותר לפיצוץ מקליטים לחצים גבוהים יותר, המשפיעים על דיוק הנתונים ועקביותם.
תנוחת הגוף: תנוחות שונות חושפות משטחי גוף שונים לפיצוץ, ומשנות את פיזור הלחץ. לדוגמה, עמידה לעומת כריעה מביאה לקריאות לחץ שונות 9,11.
התמצאות: זווית הגוף ביחס למקור ההדף משפיעה על האופן שבו גל הלחץ מתקשר עם הגוף, מה שמוביל לפערים בקריאות9. סימולציות נומריות מבוססות פיזיקה מספקות הערכות מדויקות יותר על ידי חשבונאות שיטתית של משתנים אלה, ומציעות ניתוח מבוקר ומקיף בהשוואה לחיישנים לבישים, המושפעים מטבעם מגורמים אלה.
בתגובה לאתגרים אלה, נעשה מאמץ מרוכז לפתח כלים מתוחכמים יותר. בכיוון זה פותח הכלי Blast Overpressure (BOP). כלי זה פותח כדי להעריך חשיפה ללחץ יתר בתנוחות שונות של אנשי שירות ומיקומים סביב מערכות הנשק. ישנם שני מודולים שונים תחת כלי BOP11. הם (א) מודול SCENE של כלי BOP ו-(ב) מודול SITE של כלי BOP. מודולים אלה משמשים להערכת לחץ יתר של הדף במהלך ירי נשק12. מודול BOP SCENE פותח כדי להעריך לחצי יתר של פיצוץ שחווים חברי שירות בודדים או מדריכים המשתתפים בתרחיש הדרכה, ואילו מודול BOP SITE משחזר מבט ממעוף הציפור של קורס ההכשרה, המתאר את אזורי לחץ היתר של ההדף שנוצרו על ידי תחנות ירי מרובות. איור 1 מציג תמונה של שני המודולים. נכון לעכשיו, מודולי BOP Tool כוללים מאפייני לחץ יתר של פיצוץ נשק (מונח מקור פיצוץ שווה ערך) עבור ארבע מערכות נשק Tier-1 המוגדרות על ידי משרד ההגנה האמריקאי, כולל רובה צלפים M107 .50 cal ליישומים מיוחדים (SASR), נשק תקיפה רכוב כתף M136, מרגמת אש עקיפה M120 ומטעני פריצה. המונח ליבת פיצוץ נשק מתייחס למונח מקור פיצוץ מקביל שפותח כדי לשכפל את אותו שדה פיצוץ המקיף מערכת נשק כמו זה של הנשק בפועל. תיאור מפורט יותר של המסגרת החישובית המשמשת לפיתוח כלי BOP זמין לעיון נוסף11. סימולציות לחץ היתר מופעלות באמצעות מנוע פותר CoBi-Blast. זהו כלי רב-ממדי רב-פיזיקלי להדמיית לחצי יתר של פיצוץ. יכולות מידול הפיצוץ של המנוע מאומתות מול נתוני ניסוי מספרות12. כלי BOP זה משולב כעת בערכת הכלים למנהלי טווחים (RMTK) לשימוש בטווחי אימון נשק שונים. RMTK היא חבילה מרובת שירותים של כלים שולחניים שנועדו לענות על הצרכים של מנהלי טווחים ברחבי הצבא, חיל הנחתים, חיל האוויר וחיל הים על ידי אוטומציה של פעולות טווח, בטיחות ותהליכי מודרניזציה.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig01.jpg"> איור 1: ממשק משתמש גרפי (GUI) עבור מודול SCENE של כלי BOP ומודול SITE של כלי BOP. מודול BOP SCENE נועד להעריך את לחצי ההדף על מודלים של גוף חבר שירות ומדריך, בעוד מודול BOP SITE נועד לספק הערכה של קווי המתאר של לחץ יתר במטוס המייצג את שדה האימונים. למשתמש יש אפשרות לבחור את הגובה שבו המטוס ממוקם ביחס לקרקע. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
מגבלה אחת של מודול SCENE הקיים בכלי BOP היא השימוש שלו בנתונים משוערים ידנית לבניית מודלים של גוף חברי שירות וירטואליים, כולל האנתרופומטריה, היציבה והמיקום שלהם. יצירה ידנית של חברי השירות הווירטואלי בתנוחה המתאימה היא עתירת עבודה וגוזלת זמן11,12. הכלי BOP מדור קודם (גישה מדור קודם) משתמש במסד נתונים של תנוחות מוגדרות מראש כדי לבנות את זירת אימון הנשק בהתבסס על נתוני התמונה (אם זמינים). יתר על כן, מכיוון שהתנוחות מקורבות ידנית באמצעות הערכה חזותית, ייתכן שלא ניתן לצלם תנוחות נכונות עבור הגדרת יציבה מורכבת. כתוצאה מכך, גישה זו מציגה אי דיוקים בחשיפה המשוערת ללחץ יתר עבור אנשי שירות בודדים (שכן שינוי ביציבה יכול לשנות את החשיפה ללחץ יתר באזורים פגיעים יותר). המאמר מציג שיפורים שבוצעו במסגרת החישובית הקיימת כדי לאפשר יצירה מהירה ואוטומטית של מודלים של חברי שירות באמצעות כלי הערכת תנוחות קיימים ומתקדמים. מאמר זה דן בשיפור כלי BOP, ובמיוחד מדגיש את הפיתוח של צינור חישובי חדשני ומהיר לשחזור סצנות פיצוץ באמצעות נתוני וידאו ותמונה. הכלי המשופר יכול גם לשחזר מודלים מפורטים של גוף של אנשי שירות ומדריכים ברגע הירי, תוך שימוש בנתוני וידאו כדי ליצור אווטארים מותאמים אישית בהשוואה לגישה הישנה. אווטארים אלה משקפים במדויק את היציבה של חברי השירות. עבודה זו מייעלת את תהליך יצירת סצנות הפיצוץ ומאפשרת הכללה מהירה יותר של סצנות פיצוץ עבור מערכות נשק נוספות, תוך צמצום משמעותי של הזמן והמאמץ הנדרשים ליצירת סצנות אימון נשק. איור 2 מציג סכמה של המסגרת החישובית המשופרת שנידונה במאמר זה.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig02.jpg"> איור 2: סכמטי המציג את תרשים הזרימה הכולל של התהליך במסגרת החישובית. השלבים השונים כוללים עיבוד נתוני תמונה / וידאו, יצירת לוחמים וירטואליים, שחזור זירת פיצוץ והדמיות לחץ יתר של פיצוץ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
המאמר מציג את הגישה האוטומטית המיושמת בכלי BOP, המייצגת שיפור משמעותי בכלים החישוביים הזמינים להערכת החשיפה ללחץ יתר במהלך אימונים ופעולות. כלי זה מבדיל את עצמו באמצעות הדור המהיר של אווטארים מותאמים אישית ותרחישי אימון, המאפשרים סימולציות לחץ יתר של פיצוץ סוחף. זה מסמן סטייה משמעותית מההסתמכות המסורתית על מודלים של גוף האדם הממוצע באוכלוסייה, ומציע גישה מדויקת ואינדיבידואלית יותר.
כלים חישוביים המשמשים בתהליך האוטומציה האוטומציה של יצירת מודל של חברי שירות וירטואלי היא תהליך רב-שלבי הממנף כלים חישוביים מתקדמים כדי להפוך נתוני תמונה או וידאו גולמיים לייצוגים תלת-ממדיים מפורטים. התהליך כולו הוא אוטומטי אך ניתן להתאים אותו כדי לאפשר הזנה ידנית של מדידות ידועות במידת הצורך.
כלים להערכת תנוחות תלת ממדיות: בלב צינור האוטומציה נמצאים כלי הערכת התנוחה התלת-ממדית. כלים אלה מנתחים את נתוני התמונה כדי לזהות את המיקום והכיוון של כל מפרק בגופו של בן השירות, ויוצרים למעשה שלד דיגיטלי. הצינור תומך כיום ב-Mediapipe וב-MMPose, המציעות ממשקי API של Python. עם זאת, המערכת מתוכננת מתוך מחשבה על גמישות, המאפשרת שילוב של כלים אחרים, כגון מצלמות עומק, בתנאי שהם יכולים להפיק את נתוני המפרקים והעצמות התלת-ממדיים הדרושים.
מחולל מודל אנתרופומטרי (AMG): ברגע שמעריכים את תנוחת התלת-ממד, ה-AMG נכנס לפעולה. כלי זה משתמש בנתוני תנוחות כדי ליצור מודל תלת ממדי של פני העור התואם את מידות הגוף הייחודיות של חבר השירות. הכלי AMG מאפשר הזנה אוטומטית או ידנית של מדידות אנתרופומטריות, אשר מקושרות לאחר מכן לרכיבים עיקריים בתוך הכלי כדי לשנות את רשת הגוף התלת-ממדית בהתאם.
מידול שלד OpenSim: השלב הבא כולל את פלטפורמת OpenSim13 בקוד פתוח, שבה מודל השלד מותאם ליישור קו עם נתוני התנוחה התלת-ממדית. כלי הערכת תנוחות אינם אוכפים אורכי עצם עקביים בשלד, מה שעלול להוביל לאסימטריה לא מציאותית בגוף. השימוש בשלד OpenSim נכון אנטומית מייצר מבנה עצם מציאותי יותר. סמנים ממוקמים על שלד OpenSim כדי להתאים למרכזים המפרקים שזוהו על ידי כלי הערכת התנוחה. מודל שלד זה מותאם לרשת העור התלת-ממדית באמצעות טכניקות אנימציה סטנדרטיות.
קינמטיקה הפוכה וסקריפט פייתון: כדי לסיים את התנוחה של חבר השירות הווירטואלי, נעשה שימוש באלגוריתם קינמטיקה הופכי. אלגוריתם זה מתאים את מודל השלד של OpenSim כך שיתאים בצורה הטובה ביותר לתנוחת התלת-ממד המשוערת. כל צינור ההצבה אוטומטי לחלוטין ומיושם בפייתון 3. באמצעות שילוב כלים אלה, תהליך יצירת מודלים של חברי שירות וירטואליים הואץ באופן משמעותי, תוך צמצום הזמן הנדרש מימים לשניות או דקות. התקדמות זו מהווה קפיצת מדרגה בסימולציה וניתוח של תרחישי אימון נשק, ומספקת שחזורים מהירים של תרחישים ספציפיים שתועדו באמצעות תמונות או וידאו.

<table><tbody><tr><td>מחולל מודלים אנתרופומטריים (AMG)</td><td>מחקר CFD</td><td>N/A</td><td>ליצירת מודלים תלת מימדיים של גוף האדם עם מאפיינים אנתרופומטריים שונים. הכלי הוא קוד פתוח של DoD.</td></tr><tr><td>BOP Tool</td><td>CFD Research</td><td>N/A</td><td>להגדרת סצנות פיצוץ וסימולציות לחץ יתר. הכלי הוא קוד פתוח של DoD.</td></tr><tr><td>מודול סצנת BOP Tool</td><td>מחקר CFD</td><td>N/A</td><td>להגדרת סצנות פיצוץ וסימולציות לחץ יתר. הכלי הוא קוד פתוח של DoD.</td></tr><tr><td>Mediapipe</td><td></td><td>Google גרסה 0.9</td><td>ספריית הערכת תנוחות בקוד פתוח.</td></tr><tr><td>MMPose</td><td>OpenMMLab</td><td>גרסה 1.2</td><td>ספריית הערכת תנוחות בקוד פתוח.</td></tr><tr><td>OpenSim</td><td>אוניברסיטת סטנפורד</td><td>גרסה 4.4</td><td>פלטפורמת מידול וסימולציה של שרירים ושלד בקוד פתוח.</td></tr><tr><td>Python 3</td><td>Anaconda Inc</td><td>גרסה 3.8</td><td>מהדורת הקוד הפתוח Individual המכילה Python 3.8 וחבילות מותקנות מראש לביצוע עיבוד וידאו וחיבור כלי הערכת התנוחות.</td></tr></tbody></table>

יצירת אווטארים של לוחמים מתמונות זירת אימוני נשק להדמיות חשיפה לפיצוץ

Generation of Warfighter Avatars from Weapon Training Scene Images for Blast Exposure Simulations

שחזור אוטומטי של חברי שירות וירטואליים וסצנות פיצוץ יצירת מודל גוף אוטומטי של חבר שירות וירטואלי ומודל זירת אימון נשק הושגה באמצעות יכולות אוטומציה של כלי BOP. איור 5 מראה את סצנת האימון הווירטואלית שנוצרה מנתוני התמונה. כפי שניתן לראות כאן, הסצנה שהתקבלה הייתה ייצוג טוב של נתוני התמונה. התמונה ששימשה להדגמה באיור 5 התקבלה מוויקישיתוף.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig05.jpg"> איור 5: סצנת אימון נשק וירטואלית מנתוני התמונה. התמונה בצד שמאל מציגה את נתוני התמונה המתאימים לירי של נשק AT4, והצד הימני מציג את סצנת אימוני הנשק הווירטואלית שנוצרה באופן אוטומטי. נתון זה התקבל מוויקישיתוף. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig05large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
בנוסף, יושמה הגישה לשחזור זירת הירי של נשק M120. התמונה נאספה על ידי WRAIR כחלק ממאמץ איסוף נתוני לחץ עבור נשק מרגמות M120. איור 6 להלן ממחיש את סצנת ירי הנשק הווירטואלי המשוחזרת לצד התמונה המקורית. נצפתה אי התאמה במיקום עוזר התותחן בשחזור הווירטואלי. ניתן לתקן זאת על ידי התאמת מיקום עוזר התותחן באמצעות אפשרויות המשתמש BOP GUI. יתר על כן, תנוחת האגן של המדריך נראתה לא מדויקת, ככל הנראה בשל חסימה מההימור בתמונות. שילוב גישה זו עם שיטות דימות עומק אחרות יועיל בטיפול בפערים אלה.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig06.jpg"> איור 6: סצנת אימון נשק וירטואלית מנתוני התמונה. תמונה בצד שמאל מציגה את נתוני התמונה המתאימים לירי של נשק M120 ובצד ימין מציגה את סצנת אימוני הנשק הווירטואלית הנוצרת באופן אוטומטי. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig06large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
אימות גישת יצירת הסצנה האוטומטית מחולל מודל גוף האדם שהופעל במחקר זה עבר תיקוף באמצעות מסד הנתונים ANSUR II לסריקת גוף האדם14, שכלל מדידות אנתרופומטריות מנתוני הדמיה רפואית. שיטת שחזור אוטומטית, שהשתמשה במחולל מודל גוף האדם הזה, עברה אימות איכותי עם הנתונים שבהישג יד. תהליך אימות זה כלל השוואת המודלים המשוחזרים עם נתונים ניסיוניים (תמונות) על ידי שכבת-על שלהם. איור 7 מציג השוואה בין מודלי האווטאר התלת-ממדיים לבין נתוני הניסוי. עם זאת, יש צורך בתיקוף יסודי יותר של שיטה זו, שיחייב נתונים ניסיוניים נוספים מהזירה, כולל תנוחות מדויקות, תנוחות והתמצאות של אנשי השירות השונים המעורבים בסצנת האימונים.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig07.jpg"> איור 7: השוואה איכותנית של מודל גוף האדם הווירטואלי שנוצר עם התמונה. החלונית השמאלית מציגה את התמונה המקורית, החלונית האמצעית מציגה את מודל הגוף הווירטואלי שנוצר, והחלונית הימנית מציגה את המודל הווירטואלי החופף לתמונה המקורית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig07large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
סימולציות לחץ יתר מייצגות של הדף לאחר הגדרת סצנת הפיצוץ, המחברים הצליחו להמשיך לשלב הקריטי של הפעלת סימולציות לחץ יתר של פיצוץ (BOP). זה יאפשר לנו להבין את התפלגות מטעני ההדף על אנשי שירות שונים המעורבים בזירת ירי בנשק. איור 8 מציג את התוצאות של סימולציות BOP אלה במהלך אירוע ירי הנשק AT4. הסימולציות מספקות הדמיה מפורטת של עומסי לחץ היתר על איש השירות הווירטואלי בסצנה ברגעים שונים לאורך זמן. לסיכום, התוצאות מדגימות לא רק את ההיתכנות אלא גם את יעילות הפרוטוקול ביצירת שחזורים מדויקים ושימושיים אנליטית של תרחישי אימוני נשק, ובכך סוללות את הדרך למחקרים מתקדמים יותר בבטיחות ויעילות אימונים צבאיים.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66575/66575fig08.jpg"> איור 8: חשיפה ללחץ יתר על היורה. (א', ב', ג' ו-ד') ארבעת הלוחות מראים כי המודל חזה לחץ יתר על ההדף על אנשי השירות הווירטואלי המעורבים בירי מרגמות M120 ברגעי זמן שונים. הלוחות (C) ו-(D) מראים את התפשטות לחץ היתר עקב השתקפות הקרקע. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66575/66575fig08large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>

Military personnel involved in weapon training are subjected to repeated low-level blasts. The prevailing method of estimating blast loads involves ...

generation-warfighter-avatars-from-weapon-training-scene-images-for

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

זה מיושם פרדיגמה ניסויית משכפל נסיבות שבי עד ראייה לפשע אמיתי עלולה ליצור קלסתרון הוליסטי של האשם מזיכרון, ולאחר מכן לנסות לזהות את האשם משורת למעלה וידאו המכיל את האשם או אחד שבו הוא או היא היא אינו נוכח.

יצירה הוליסטית פנים Composite ולאחר וידאו קו-עד הראייה זיהוי פרדיגמה

כאן אנו מתארים יד וירטואלית ופרדיגמות אשליה וירטואלית פנים, שניתן להשתמש בהם כדי ללמוד הגוף הקשורות תפיסה עצמית / -representation. הם כבר נעשה שימוש במחקרים שונים כדי להוכיח, בתנאים מסוימים, יד או פנים וירטואלי יכול להיות משולב בתוך ייצוג הגוף של האדם, דבר המצביע על כך ייצוגי הגוף הם די גמישים.

יצירת אשליות Virtual-יד וירטואלית פנים לחקור ייצוג עצמי

הבנה כיצד מאופנן של תאים על ידי חשיפה גלי הלם יכול לעזור לזהות את המנגנונים מאחורי פציעות מופעלות מאירועים הפיצוץ. פרוטוקול זה משתמש הלם לפי הזמנה צינור ציוד להחלת גלי הלם במגוון של לחצים תא monolayers, כדי לזהות את ההשפעות עוקבות על הכדאיות תא.

בהערכת פגיעה עיקריים אפקטים במבחנה

אנו מציגים כאן פרוטוקול של מודל גל פיצוץ למכרסמים לחקור השפעות נוירוביולוגיות ופתולוגיות של פגיעה מוחית טראומטית קלה עד בינונית. הקמנו מערך מונע גז, ספסל עליון מצויד בחיישני לחץ המאפשרים דור אמין וניתן לשחזור של פגיעה מוחית קלה עד בינונית הנגרמת על ידי פיצוץ.

מודל גל פיצוץ בעצימות נמוכה להערכה פרה-קלינית של פגיעה מוחית טראומטית קלה בראש סגור במכרסמים

מאמר זה מפרט את המתודולוגיה לחיקוי ייצור כוח שריר in vivo במהלך ניסויי לולאת עבודה ex vivo באמצעות שריר "אווטאר" ממכרסם מעבדה כדי להעריך את התרומות של מעברי מתח והפעלה לתגובת כוח השריר.

"אווטאר", ניסויי לולאת עבודה ex vivo מותאמים באמצעות מתח והפעלה in vivo

מוצגות כאן שיטות ליצירת חשיפות חוזרות ונשנות לפיצוץ בעוצמה נמוכה באמצעות עכברים.

מידול חשיפה חוזרת ונשנית מאוד לפיצוץ ברמה נמוכה בעכברים

לדימוי מוטורי בסביבת מציאות מדומה יש יישומים רחבים במערכות ממשק מוח-מחשב. כתב יד זה מתאר את השימוש באווטארים דיגיטליים מותאמים אישית הדומים למשתתפים המבצעים תנועות שדמיין המשתתף בסביבת מציאות מדומה כדי לשפר את הטבילה ואת תחושת הבעלות על הגוף.

ביצועי דימויים מוטוריים באמצעות תאומים דיגיטליים מגולמים בסביבת ממשק מוח-מחשב התומכת במציאות מדומה

מאמר זה מציג מערכת לשחזור תלת מימד פוטו-ריאליסטי באמצעות תמונות של 360 מעלות, גאוס, ושילוב מציאות מדומה. ניתן ליישם את הגישה על יישומים שונים כגון חינוך, הדמיית סביבות למידה; בנייה, כדי לדמות עבודות מחוץ לאתרים ולאחזר מדדים; או בריאות, כדי להכשיר אוטיסטים במשימות יומיומיות.

נופים נלמדים פוטו-ריאליסטיים למציאות רבודה

שיטה כללית, התואמת ל-FAIR, מוצגת לחוקרים מומחים בתחום המעוניינים לשלב כלי סימולציה ועיבוד נתונים בתהליכי עבודה אוטומטיים לניסויים וירטואליים תלת-ממדיים. דוגמה לנייטרוניקה מדגימה הקמת מופע מקומי של Galaxy, עטיפת OpenMC וכלי המרת קבצים, הפעלת זרימות עבודה מ-Omniverse, והצגת הפלטים התלת-ממדיים המומרים.

שילוב זרימות עבודה אוטומטיות של סימולציה עם ויזואליזציה תלת-ממדית לניסויים וירטואליים במטאברס

באתרו היצרות סיבי chalcogenide עבור דור Supercontinuum אמצע אינפרא אדום

למד שיטה חישובית ליצירת אווטארים של לוחמים מתמונות אימוני נשק באמצעות למידת מכונה להערכת תנוחה תלת-ממדית. כלי BOP מנבא חשיפה ללחץ פיצוץ בזמן אמת לשיפור בטיחות האימונים הצבאיים.

יצירת אווטארים של לוחמים מתמונות זירת אימוני נשק להדמיות חשיפה לפיצוץ

גלה סרטונים נוספים