Генерация аватаров бойцов на основе изображений сцен тренировки с оружием для моделирования воздействия взрывной волны
6 декабря 2024 г.
Была разработана вычислительная среда для автоматической реконструкции виртуальных сцен, состоящих из 3D-аватаров солдат, с использованием изображений и/или видеоданных. Виртуальные сцены помогают оценить воздействие избыточного давления при взрыве во время тренировок с оружием. Этот инструмент позволяет реалистично отображать позу человека при моделировании воздействия взрывной волны в различных сценариях.
Используя записи с камер, текущая работа направлена на разработку автоматизированного метода создания виртуальных моделей боевых истребителей для прогнозирования воздействия взрывной волны в сценариях обучения оружию. Ключевой вопрос заключается в том, сможем ли мы ускорить процесс создания этих виртуальных моделей участников службы для быстрой оценки подверженности. В этой работе используются новейшие инструменты на основе машинного обучения для 3D-оценки позы человека с одной камеры.
Эти инструменты позволяют нам извлекать положение и позу каждого человека на изображении, оптимизируя процесс моделирования воздействия взрывной волны. Использование других датчиков затруднено, потому что у военнослужащих на тренировках нет времени на установку большого количества различных датчиков. Тем не менее, камера может легко записывать военные учения, поэтому наша работа использует эту возможность для преодоления ограничений других типов датчиков.
Наш инструмент BOP является первым вычислительным инструментом для прогнозирования взрыва давления на военнослужащих с помощью быстродействующих моделей, оптимизированных с учетом полевого давления и данных датчиков. Он систематически воспроизводит позу и положение военнослужащих во время стрельбы из оружия, стремясь точно оценить избыточное давление на различные анатомические области военнослужащего. Мы стремимся усовершенствовать и преобразовать существующий инструмент для струйной обработки или измерения давления в продукт для контроля давления в режиме реального времени для воздействия на аккумулятор.
Мы также будем работать над соотнесением этой дозы с ответом на ТБА для оценки риска травматизма.
Обзор
В данном исследовании представлен вычислительный аппарат, предназначенный для автоматической реконструкции виртуальных сцен с изображением солдат на основе данных фотографий и видео. Целью данного аппарата является оценка воздействия избыточного давления при взрыве во время обучения владению оружием путем точного моделирования позы человека в различных сценариях.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Компьютерное моделирование
- Симуляции в виртуальной реальности
- Оценка воздействия взрывной волны
Теоретические основы
- Существующие методы измерения воздействия взрывной волны ограничены необходимостью использования физических датчиков.
- Записи с камер представляют собой практическую альтернативу для фиксации сценариев обучения.
- Инструменты машинного обучения позволяют повысить точность оценки 3D-позы человека.
- Реалистичное моделирование имеет решающее значение для оценки рисков получения травм при военной подготовке.
Цель исследования
- Разработать автоматизированный метод создания виртуальных моделей бойцов.
- Эффективно прогнозировать воздействие взрывной волны в сценариях обучения применению оружия.
- Преобразовать инструмент расчета избыточного давления при взрыве в продукт для мониторинга в режиме реального времени.
Используемые методы
- Использование видеозаписей с камер для сбора данных.
- Применение машинного обучения для оценки 3D-позы человека.
- Разработка инструмента BOP для моделирования воздействия взрывной волны.
- Интеграция удобного графического интерфейса пользователя (GUI) для настройки сценариев и выполнения моделирования.
Основные результаты
- Инструмент BOP успешно прогнозирует избыточное давление взрывной волны при воздействии на виртуальных военнослужащих.
- Моделирование обеспечивает детальную визуализацию нагрузок от избыточного давления во времени.
- Данная структура позволяет быстро определять сценарии и выполнять симуляцию.
- Результаты могут быть использованы для оценки риска получения травм при военной подготовке.
Выводы
- Автоматизированный метод повышает эффективность создания виртуальных моделей.
- Реалистичное моделирование позволяет улучшить меры безопасности при военной подготовке.
- Будущие исследования будут сосредоточены на корреляции данных о воздействии взрывной волны с результатами травм.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Автоматизированное создание анатомически точных аватаров военнослужащих на основе изображений из тренировочных сцен позволяет проводить быстрый моделируемый анализ воздействия взрывной волны с учетом конкретных поз. Эта возможность восполняет критический пробел в оценке воздействия путем интеграции антропометрических данных, полученных из изображений, с компьютерным моделированием, что повышает прогностическую достоверность оценки рисков. Данный подход улучшает трансляционную преемственность — от сбора данных в полевых условиях до оценки безопасности на основе симуляций, что позволяет принимать обоснованные решения на уровне портфеля в рамках НИОКР в области здравоохранения обороны.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет снизить механистические риски путем реконструкции сценариев воздействия для конкретных поз на основе реальных изображений.
- Поддерживает функциональную проверку гипотез «воздействие — ответ» с использованием анатомически точных виртуальных моделей.
- Повышает прогностическую достоверность оценки риска травмирования путем интеграции данных, полученных в полевых условиях, с результатами моделирования.
Скрининг и разработка анализа
- Подготавливает валидированные виртуальные системы для последующих рабочих процессов вычислительного моделирования воздействия.
- Стандартизирует создание аватаров и настройку сценариев, повышая воспроизводимость и масштабируемость моделирования взрывных волн.
- Обеспечивает количественное сравнение показателей воздействия для различных систем вооружения и положений тела.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет симулированные взрывные нагрузки с трансляционными биомаркерами риска повреждения при корреляции воздействия с биологическим ответом.
- Обеспечивает непрерывность процесса от сбора полевых данных до доклинического моделирования и оценки рисков.
- Поддерживает корректируемое с учетом рисков совершенствование стратегий защиты на основе результатов моделирования воздействия.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол объединяет захват данных на основе изображений с компьютерным моделированием, охватывая все этапы: от ранних открытий до оценки трансляционных рисков в исследованиях в области здравоохранения для нужд обороны.
- Открытийная биология: предоставляет данные о воздействии в зависимости от позы для уточнения механистических путей при blast-травме.
- Скрининг: обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые виртуальные сценарии для сравнительного анализа воздействия.
- Аналитика: выдает количественные показатели избыточного давления в анатомически значимых точках для надежного сравнения условий.
- Трансляционные исследования: связывают данные о воздействии, полученные в полевых условиях, с доклиническим моделированием для согласования биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемую вычислительную платформу для различных типов оружия и сценариев расположения тела.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов и снижает механистическую неоднозначность при оценке воздействия взрывной волны.
- Операционная ценность: Оптимизирует настройку сценариев, стандартизирует генерацию аватаров и обеспечивает масштабируемость рабочих процессов моделирования.
- Стратегическая ценность: Служит основой для принятия решений о целесообразности защитных мероприятий и стратегий по снижению воздействия.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию инвестиций в исследования в области здравоохранения в оборонном секторе и профилактики травматизма с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области компьютерного моделирования, анализа изображений и извлечения антропометрических данных.
- Зависит от доступа к записям с камер и совместимой аналитической инфраструктуры для 3D-оценки позы.
- Необходимо межкомандное согласование определений сценариев и протоколов сегментации аватаров.
- Может потребоваться адаптация для различных систем вооружения, поз и условий окружающей среды.
- Точность зависит от качества изображений и достоверности инструментов оценки позы на основе машинного обучения.
