德國西(xi)門子(zi)公司Jack人(ren)(ren)機工效仿(fang)真(zhen)系統是一(yi)個人(ren)(ren)體建(jian)模與仿(fang)真(zhen)工效學(xue)分析軟件(jian)解決方案，幫助各行業(ye)的組織提(ti)高產品設計的工效學(xue)因素和改進車間(jian)的任務。jack最初是由賓夕法尼亞大(da)學(xue)的人類模型和(he)模擬中(zhong)心(Center for Human Modeling and Simulation at the University of Pennsylvania)開發(fa)，目前是德國西門(men)子PLM旗下的一(yi)員。使用Jack可(ke)以：

1、建立一個虛(xu)擬的環境
2、創建一個虛擬人(ren)
3、定義人體大小(xiao)和形狀
4、把人放在環境中
5、給人指(zhi)派任務
6、分析(xi)人體如(ru)何(he)執行任務

從jack獲(huo)得的信(xin)息(xi)可以幫助(zhu)您設計更(geng)安全(quan)、更(geng)符合(he)人體工程(cheng)學(xue)的產(chan)品、工作場(chang)所和更(geng)快(kuai)的流程(cheng)和使用更(geng)低的成本。

 第1步：建立一個虛擬的(de)環境

除(chu)了人體建模之外，jack還是(shi)是(shi)一個(ge)功能強(qiang)大的互動性、實時視景仿(fang)真解決方(fang)案。您可以導入CAD數據或從(cong)草圖(tu)開始建立模型，在(zai)周圍的環境中(zhong)移動(dong)物(wu)體，交互式(shi)地改變相機(ji)的視圖(tu)和創建特殊效果，以提高(gao)您“現場(chang)”的(de)真實(shi)性。

導入CAD模型-jack可(ke)以導入基(ji)于VRML，IGES，立體(STL)的和inventor (iv)文件格式的(de)3D圖(tu)形數據(ju)。此(ci)外，軟件提供了(le)減小CAD數據的功能來優化模型，用(yong)于實(shi)時仿(fang)真。OpenGL Optimizer的使用(yong)可以在不(bu)損害視頻保真度的情(qing)況下相當程度的減少模型的棱角。

在jack中(zhong)創建幾何圖(tu)形-jack允許您(nin)從草圖(tu)開始建立模型，用于概念設(she)計。您(nin)可以(yi)創建簡單的幾何圖(tu)形，如立方體、球、圓柱、圓錐(zhui)和圓環 。熟練(lian)操作后(hou)，您可以合并這些(xie)簡單的圖形成為(wei)更加復(fu)雜的部件，如機械(xie)工(gong)具和車輛。jack還提供了(le)一套基本的工具（錘子，鉗子，梯(ti)子，棘輪，鋸，螺絲(si)刀(dao)和扳手）。

給您的(de)環境(jing)一個真(zhen)實(shi)的(de)外觀-jack的視圖，紋理(li)映射和照明功能(neng)，幫(bang)助您(nin)賦予您(nin)的虛擬環境更有說(shuo)服力(li)的外(wai)觀(guan)。

在jack中(zhong)可以很容(rong)易地改變(bian)視(shi)圖，通(tong)過鼠(shu)標按鈕可以基于一個參考(kao)點，水平(ping)或垂直或放大(da)“相(xiang)機”。此外(wai)，您也可以將視(shi)(shi)圖(tu)參考點定位到指定的對(dui)象上，為某些對(dui)象加(jia)(jia)(jia)上相機，如(ru)人的眼睛，并建立剖視(shi)(shi)圖(tu)。使用紋理(li)映(ying)射，基(ji)礎的圖(tu)像文件，如(ru)云(yun)彩、公(gong)路、工廠內(nei)部或機器的控制面板可用于增加(jia)(jia)(jia)視(shi)(shi)覺細節場景，而不會(hui)增加(jia)(jia)(jia)額(e)外(wai)的幾何形狀。jack的(de)經(jing)典(dian)照明(ming)能力，可以(yi)幫助您突出(chu)環境中的(de)區域和加強場景的(de)真實感(gan)。

第(di)2步：創建一個虛擬的人體

jack提供業界最準(zhun)確的人(ren)體(ti)生物力(li)學(xue)模型。基于1988年美國軍方人體調查(cha)(ANSUR 88)的(de)三維人體測量技術,jack的人體(ti)模型：

1、有69個(ge)部分，68節，17段脊(ji)柱，16段的手，加上肩/鎖骨關節(jie)和135度(du)的自由度(du)。 
2、遵照來自NASA研究的共同(tong)限制(人體(ti)測(ce)量資料(liao)書(shu)，第二卷。人體(ti)測(ce)量數據手冊(ce)，NASA RP-1024 技術報(bao)告)
3、可描繪成數字、線框、陰影、高解析度或透明模式。

選(xuan)擇不(bu)同類(lei)型(xing)的人-jack可以(yi)讓您建立不同類型的人。您可以(yi)從菜單中選擇下(xia)列預定義的人物：

1、大、中(zhong)、小的人體-基于SAE的建議的人(ren)的物理尺寸(cun)(SAE J833)； 
2、矮小和高(gao)大的(de)男人和女人-基于ANSUR 88 的人體極限數字；
3、大、中(zhong)、小的日本人-基于已承認(ren)的日本(ben)人(ren)體型數據；
4、高(gao)清晰度的男(nan)人和女人-代表第50百分(fen)位的(de)男性和女性，基(ji)于ANSUR 88。

第3步(bu)：定義人體大小和(he)形狀(zhuang) 

人(ren)體模擬(ni)軟件，為了可靠(kao)地確定某個(ge)設計是(shi)否可以適應(ying)不同的人(ren)體尺寸，它必(bi)須采用正確的方法來構建(jian)人(ren)體范圍(wei)。jack使(shi)用三(san)種方法來構建人體范圍。您(nin)可以：

1、從一套(tao)包含(han)77個人體的人體類型中選擇，它們代表了一系列大小(xiao)不(bu)同(tong)的11個人體測(ce)量數(shu)據，這是基于ANSUR 88數據庫的；
2、通(tong)過給出一個指定的寬放來構造人體，如肩寬度(du)，坐高，等等;然后由一種算法自動給出其(qi)余的尺寸；
3、給出(chu)身高和重量(liang);其余尺寸(cun)由基(ji)于(yu)ANSUR 88數據庫(ku)的統計模型(xing)自(zi)動生成。

第4步：把人(ren)體放置于環(huan)境中

jack允(yun)許讓你操縱人體的(de)個別(bie)部分與遵照基于NASA研究的角度限制的關(guan)節連接。當(dang)您在(zai)一個jack虛擬(ni)人(ren)體(ti)中移(yi)動(dong)身(shen)體(ti)的(de)一部(bu)分(fen)的(de)時(shi)候，軟(ruan)件使用實時(shi)逆運動(dong)學確定關(guan)聯部(bu)分(fen)和關(guan)節的(de)位置。例如，當您(nin)移(yi)動(dong)一個人(ren)體(ti)的(de)手，上下臂部(bu)分(fen)及相關(guan)關(guan)節就會(hui)像真(zhen)實的(de)人(ren)體(ti)一樣(yang)移(yi)動(dong)。

設置您的(de)虛(xu)擬人體的(de)姿態-jack允(yun)許你通過直接操(cao)縱關節(jie)或從一(yi)個包含30個預定義態勢的庫中選擇來描述你(ni)虛(xu)(xu)擬(ni)人體的姿態。您可以操(cao)縱虛(xu)(xu)擬(ni)人體，通(tong)過(guo)移動虛(xu)(xu)擬(ni)人的頭部(bu)、眼睛、肩膀(bang)、軀(qu)干、質心(xin)、骨盆、四肢、腳或其整個身體。

指定(ding)jack的(de)行(xing)為參數-jack允(yun)許您指(zhi)定(ding)虛擬人是如何動作(zuo)的(de)，當(dang)其運(yun)動被控制的(de)時候，不是直接(jie)的(de)操(cao)作(zuo)，而(er)是由外部力(li)量驅動。jack人體會將根據您定義的參數自動(dong)移動(dong)。例如，如果jack正在將一(yi)個物體舉過頭頂，你把物體放(fang)在地面(mian)上(shang)，“行為控(kong)制”決定jack是(shi)否會彎腰、前行一步以保持其平(ping)衡(heng)，使他的眼(yan)睛注視對(dui)象(xiang)等。jack允許您定義：

1、使工廠盡早上線
2、優(you)化(hua)手(shou)工流(liu)程
3、改善工人的(de)安全(quan)
4、較低(di)的工(gong)人賠償費用
5、減少停機(ji)時(shi)間和再培訓的費用

在產品生命周期(qi)的制造(zao)階段，人體仿真允許(xu)您回答這(zhe)些(xie)問題(ti)：

1、頭部和眼睛(jing)是否跟蹤一個(ge)物體(ti)
2、頭(tou)部(bu)和眼睛(jing)是(shi)否保持自(zi)己(ji)的位(wei)置
3、軀(qu)干位(wei)置如(ru)何，以(yi)及如(ru)何彎曲（從(cong)腰(yao)部，從(cong)頸部，或使(shi)用特定的椎骨） 
4、這個(ge)人體如何保持其平衡(heng)，以(yi)及是否前行一步以(yi)重(zhong)新平衡(heng)
5、骨盆的(de)方(fang)向如何
6、四(si)肢的位(wei)置如何
7、膝蓋(gai)的位置如何
8、腳的位置(zhi)如(ru)何

定義jack與環(huan)境的關系-jack的(de)(de)約束系(xi)統使您(nin)可以指(zhi)定您(nin)的(de)(de)虛擬人體與虛擬環境(jing)互(hu)動(dong)。jack允許您(nin)以各(ge)種(zhong)不同的(de)(de)方式定義人體和物體之間的(de)(de)約(yue)束(shu)。例如，您(nin)可(ke)以創建約(yue)束(shu)來保持jack的背(bei)部靠到(dao)汽車座椅，他(ta)的右腳踩著油門。當座位移動，jack將遵(zun)循這(zhe)些約(yue)束，其他關節也會相應移動。

為(wei)了確定虛擬人體是如何抓住(zhu)物體的(de)，jack提供(gong)五個預定(ding)義的(de)類型(xing)。您指定(ding)了抓握(wo)類型(xing)，軟(ruan)件就(jiu)會計算在實際圍繞一個特定(ding)物體的(de)時候手是如何閉合的(de)。

第5步(bu)：給人體指派(pai)任(ren)務

對于(yu)某些類(lei)型(xing)的工效(xiao)學或人體(ti)工程學的研究(jiu)，用戶只需在一個(ge)靜態(tai)的姿勢評價人體(ti)。(當達到某個控制的時候(hou)他看(kan)到了什么？不同大小的人體是否具有相同的視野？)其他研究需要人體運動。(人體(ti)遇到障(zhang)礙物是否會(hui)移走(zou)或取代其(qi)中一部分？)jack使您能夠(gou)通過其內置(zhi)運動(dong)(dong)系統及其虛擬現實(shi)工具界面定義人體(ti)的運動(dong)(dong)。

直(zhi)接的移(yi)動人體-jack提供了一個(ge)內置運動系統(tong)來定義必須在時間限制下執(zhi)行的任務(wu)。jack模(mo)擬包括幾個不(bu)同的動作，許多動作是(shi)同時(shi)發生(sheng)的，并且指定了間隔時(shi)間。您可以(yi)在jack中創建交互式的動作來(lai)控制(zhi)頭部、眼睛、軀干、骨盆、質心(xin)、手臂、手、腳(jiao)的運動。此外，您也(ye)可以使物體(ti)和相機移動。

當(dang)您(nin)創建一個(ge)仿真后(hou)，您(nin)可(ke)以將(jiang)它(ta)保存和回放它(ta)，更換不同大小(xiao)的(de)(de)(de)(de)虛擬(ni)(ni)人(ren)體(ti)來執(zhi)行(xing)同樣的(de)(de)(de)(de)任務。另外，您(nin)也可(ke)以在(zai)環(huan)境(jing)中調(diao)整(zheng)各種物體(ti)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)大小(xiao)或(huo)位置，并重(zhong)新運(yun)行(xing)模擬(ni)(ni)來研究空間關系(xi)，時間和空隙(xi)的(de)(de)(de)(de)改變(bian)情況。

利用虛擬現(xian)實工具(ju)，確定人(ren)體(ti)運動(dong)-jack允許(xu)您使(shi)用各(ge)(ge)種(zhong)各(ge)(ge)樣的虛擬現實(shi)工(gong)具來創建真實(shi)的動作或體驗(yan)模(mo)擬。該(gai)軟件支持：

1、Ascension Technologys Flock of Birds
2、Virtual Technologys Cyberglove and Cybergrasp
3、Virtual Research Systems Head Mounted Display
4、Stereographics Crystaleyes
5、NuVision Shutter Panels

步驟6 ：分(fen)析虛(xu)擬人體如何執行任務 

jack提(ti)供了一些基(ji)本的工(gong)具(ju)，以幫助您評估虛擬人(ren)體的動作。更先(xian)進的人(ren)機工(gong)程(cheng)分(fen)析工(gong)具(ju)，是Task Analysis和Occupant Packaging Toolkits.

看看jack可以得到(dao)的-jack提(ti)供(gong)了多種(zhong)功能的評(ping)價工具。您可以：

1、創建從jack人體(ti)模型出發(fa)的eye Windows 
2、創建視野來說明在第(di)三者看來jack人(ren)體能看到的
3、測(ce)量jack人體的(de)眼睛和任何物體之(zhi)間的(de)距離
4、控(kong)制(zhi)jack人體的頭/眼跟蹤一(yi)個物(wu)體的(de)運動

評價(jia)jack人體可以夠到的(de)距離-jack的延(yan)伸(shen)分析能力(li)使您(nin)能夠：

1、確(que)定(ding)是否有人體可(ke)以(yi)夠到目標(biao)對象
2、測量(liang)jack人體的眼睛和任何物體之間的距(ju)離
3、建立延(yan)伸邊界，以(yi)圖(tu)形顯示，定義人(ren)體可以(yi)達到的范圍
4、導出延伸邊界到您的CAD系統，作為設計的范(fan)圍(wei)

測試(shi)適合度和容納度-jack幫助您確定是(shi)否您的設(she)計考(kao)慮了各種規模的人(ren)體。您可(ke)以：

1、放置一個虛(xu)擬(ni)人體，然后利用(yong)這種(zhong)(zhong)姿(zi)勢(shi)，測試各種(zhong)(zhong)不(bu)同規模的(de)人體；
2、當其相對位置(zhi)變化(hua)(hua)時，交互式測量環境中任何兩點(dian)之間的距離，這(zhe)有助(zhu)于(yu)量化(hua)(hua)您的設(she)計適合您的目標人群的程度(du)。
3、物體移動(dong)時，突出人體和物體碰撞的實時數據。

計算人(ren)體的(de)受力和力矩-jack使您可(ke)以(yi)計算出在一個特定的(de)姿(zi)勢下一個人(ren)的(de)關節(jie)和體節(jie)的(de)受(shou)力情況。因此，您可(ke)以(yi)比較(jiao)用來完成各項任務的(de)力量。軟件還可(ke)以(yi)讓您加上虛擬人(ren)體持有(you)物體的(de)重量這個因子，代表更多的(de)外部(bu)力量，如G力。

利用動畫(hua)和圖像(xiang)觀察結果(guo)-jack產(chan)生動畫和靜止(zhi)幀(zhen)圖(tu)像的(de)功能(neng)可以(yi)(yi)幫助您找(zhao)出統(tong)計報告不能(neng)給出的(de)結(jie)果。您可以(yi)(yi)在(zai)任何場景中創建(jian)反(fan)鋸齒的(de).rgb圖(tu)像。您(nin)還可以輕(qing)松(song)地(di)將您(nin)的(de)模(mo)擬(ni)導出AVI或Quicktime電影。

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