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[OpenSim]Forward Dynamic Tool窗口介绍

官网教程链接:点击此处
Tip:若无其他说明,所使用的模型文件夹默认为Gait2354_Simbody模型的文件。

一、用户界面

    Forwrd Dynamics Tool用户界面
                             
“ Main Setting” 主要设置窗格指定与要输入Input到模型Current Model中的控件Controls和状态Initial State有关的参数,仿真的时间范围Time range以及结果的输出Output。
“ Actuators and External Loads” 执行器和外部载荷窗格指定了执行器组以及在仿真过程中应用于模型的外部载荷。
“Integrator Setting” 积分器设置窗格指定用于求解模拟的积分器步长和公差。CMC解决方案中的控件和状态用于驱动所记录运动的正向模拟。

二、控制面板

    如果单击Load,将为您提供一个文件浏览器,其中显示所有以.xml 后缀结尾的文件。可以浏览适当的设置文件(例如 subject01_Forward_Setup.xml或subject01_Scale_Setup.xml),然后单击“打开”。然后,将使用该安装文件中的设置填充该工具。
    如果您手动输入或修改了设置,则可以将这些设置保存到文件中以备将来使用。如果单击保存,将出现一个保存对话框,您可以在其中指定设置文件的名称。您为文件指定的名称应带有.xml后缀 。单击保存将设置保存到文件。
    单击“保存”后,可能会出现另一个对话框,询问您是否要将某些设置保存到单独的外部文件中。如果您想将这些设置重新用于其他试验或受试者,这将很有用。选中要保存到外部文件的设置复选框,然后指定这些文件的名称。所有这些文件都应带有.xml后缀 。

三、Main Setting面板

                                
当前模型部分,显示有关当前模型的不可编辑的信息,该信息将被FD Tool用于分析
                                
可以使用文件夹按钮浏览控件和状态或运动文件。这两个设置都是可选的,默认行为是:
1)如果未指定零值,则对控件使用零值;
2)如果未指定初始状态文件,则使用模型的初始姿势。
    由于大多数OpenSim肌肉模型都具有内部状态(例如,许多肌肉模型的纤维长度和激活),因此提供了“ 求解致动器状态平衡 ”的复选框,以允许如果初始状态文件将肌肉初始化为合理的非零纤维长度。不包含这些肌肉状态或未完全指定初始状态文件的值。这是通过计算与纤维的激活水平相一致的纤维长度来完成的。
                                
显示可编辑的信息,可以指定正向模拟的开始和结束时间。
                                
显示可编辑的信息,可以指定附加到所有结果输出文件的前缀Prefix,文件保存到的目录Directory以及写入结果时使用的小数位精度Precision。

四、Actuators and External Loads面板

                                
    该面板包含两个部分,Actuators以及External Lads(名称含义在“一”中已经解释)。可以点击Edit按钮以编辑描述要添加到模型Append to model’s force set或在模型中替换的力的力集文件列表Replace model’s force set。

五、Analyses面板

                                
    通过在分析窗格中包含分析,可以在运行前向模拟时执行分析。除了在基本的开环正向动力学系统中验证CMC结果之外,正向动力学步骤的主要目的是记录其他仿真数据。通过使用分析,可以从Forward Dynamics工具获取其他输出数据。这些不是Forward Dyanamics工具所独有的。实际上,同样的分析步骤也可以添加到RRA和CMC的工具当中,但是由于正向运行比CMC快得多,因此调整和重新运行正向仿真以获得新数据比重新运行CMC更实用。
                                                        
感兴趣的基本分析是:
Kinematics运动学:记录广义坐标(q’s),广义速度(u’s)和加速度(即广义速度的导数:du / dt)
BodyKinematics:记录每个物体的配置(质心位置和方向的中心),以及它们的速度(线性和角度)和加速度(线性和角度)。此外,它还记录了模型的整体质心,以及该质心的速度和加速度。
Actuation驱动: 记录模型的每个驱动器产生的广义力,速度和功率。广义力可以是力(单位为N)或扭矩(单位为Nm)。致动器速度是致动器缩短的速率。取决于执行器,速度可以是平移速度(m / s)或角速度(deg / s)。执行器功率(瓦)是执行器工作的速率。正功表示执行器正在向模型传递能量,负功率表示执行器正在吸收模型中的能量。

六、Integrator Setting面板

                                
1)  选中使用状态文件中的时间步长(Use time steps from states file)旁边的复选框,可以手动输入积分器设置。在作者使用的OpenSim 4.1版本当中,没有该复选框,因为参数设置已经自动对用户开放,不需要重复设置该功能。
2)  在文本框中为积分器步骤和积分器容差输入适当的值。

七、Command-line Execution命令行执行

    使用命令forward -S <setup file name>运行Forward Dynamics工具,例如

forward -S subject01_Setup_Forward.xml