人体追踪技术如何改善作业场景中的人机工程学

工业4.0和数字革命为制造业带来了许多创新、新方法和工具。虚拟现实技术使企业能够通过在虚拟环境中模拟三维原型来设计产品并改进其生产过程。除了节省时间和资源外，这种新方法还可以优化生产线，改善作业场景中的人机工程学。

用虚拟现实技术构建作业场景，可以使其设计具有以人为本的属性。通过虚拟现实仿真和人体追踪，工程师可以通过直接观察工人的运动来验证设计。本文中，您将了解人体追踪如何改善您所在行业的人机工程学，主要内容分为以下四个部分：

• 什么是VR人体追踪？

• 人体追踪如何工作？

• 为什么人体追踪技术对人机工程学很重要？

• MakeReal3D SoErgo

什么是人体追踪？
人体追踪是一种动作捕捉技术，用于收集有关用户的姿势和动作的信息，并将其转换为可再现的姿态数据。在大多数虚拟现实应用中，用户的头和手已经被他们的头盔和控制器追踪。最常见的人体追踪技术有：

• 全身追踪

• 手部追踪

• 手势识别

• 眼动追踪

所有这些追踪技术都是不同的，需要特定的硬件设备和软件设置。

全身追踪
全身追踪可以为用户创造身临其境的第一人称体验。一个VR数字人体需要至少6个传感器，双手、双脚、躯干和头部；添加的传感器越多，数字人体的姿态就越准确。ART、OptiTrack和Xsens的全身追踪系统在工业领域被广泛地使用。

手部追踪
虚拟现实中的手部追踪是将手的整个运动映射到一个手部的数字骨架上，输入数据基于手的运动或姿势。它允许在操作数字对象时自然移动。它可以包括追踪装置，比如戴在手套上的传感器。

手势识别
最近在手势识别方面的创新，比如Oculus Quest，让我们认为这个领域会有很快的发展。因为它可以让你在虚拟现实体验中自然地使用双手，而不依赖控制器。Facebook的研究小组使用基于模型的追踪和深层神经网络来推断你的手和手指在哪里，它们在做什么，然后把你的手重建。

眼动追踪
用户正在寻找的地方可以是一个重要的信息，尤其是预期的意图或兴趣。眼动追踪可以很有趣地与其他类型的追踪混合，例如使用方向线和手的移动来三角测量对象的位置。它依赖于特定的硬件，可以检测用户在看什么，是否注视、扫视等。

人体追踪在虚拟现实中是如何工作的？

有几种方法可以追踪人体运动，但简而言之，主要有两类：

• 光学追踪依靠成像设备

• 非光学追踪依赖于通常附在身体上的传感器

光学追踪
光学追踪通常需要使用一个或多个摄像机。被追踪的用户在头盔上有光学标记，有时在他们身体上有点反射材料。其目的是绘制用户和他们的身体运动三维运动地图。

非光学追踪
非光学追踪传感器包括陀螺仪、加速度计和磁强计等微型机电传感器。这些传感器提供有关运动数据的信息，而这些数据被传输到VR环境中。此外还有“光学追踪+非光学追踪”相结合的使用方式。

为什么人体追踪技术对人机工程学很重要？
在某些行业，如制造业，由于作业场景设计不当，工人会出现姿势和动作不好的情况。这可能会导致事故的发生，这不仅会影响生产效率，还会增加生产成本。

当涉及到检查作业场景的人机工程学，追踪使用者的全身以及手就变得非常重要。通过人体追踪可以获得信息：

• 工作姿势

• 运动数据

• 身体/使用者手的作用力

• 如何处理材料

• 反复搬运重物

在现实世界中，工程师需要大量的设备来测量这些不同的行为。有了虚拟现实技术，他们可以运行多个仿真场景，并在问题发生之前预测这些问题。

MakeReal3D SoErgo

MakeReal3D SoErgo基于计算机仿真技术与虚拟现实技术，综合人体测量学、人机工程学等多种学科，以“人-机-系统”为研究对象，从人的角度出发，进行人机工程分析与评价。

MakeReal3D SoErgo通过VRPN支持多种不同种类的主流人体追踪系统，包括ART、OptiTrack、Nokov等光学设备以及诺亦腾Perception Neuron系列惯性设备；此外还支持多种不同类型的数据手套，包括诺亦腾Hi5、ManusVR、CyberGloves、5DT等。对于某些特定的设备也可通过定制开发支持。

通过人体追踪系统，驱动软件中的数字人体，实现对产品的设计、制造以及维护等过程的仿真，并且在仿真过程中考量产品设计的合理性、功能设计的质量、维护性能的指标，从而降低人为事故发生的概率、降低工作人员受伤的企业成本。

 

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