Soft-body modely slouží k reprezentaci elastických deformovatelných objektů ve virtualním prostředí. Jsou tedy vhodné pro simulaci objektů tvořených organickými materiály. Simulační prostředí určená pro lékařské účely jsou nejčastější aplikací soft-body modelů. Tato diplomová práce představí model svalů pro jedno takové simulační prostředí. Model je založen na tzv. pružinových systémech, které používají bodové hmotné body (částice) spojené myšlenými pružinami k reprezentaci deformovatelných objektů. Kromě toho je také představen návrh a implementace mechanismu pro detekci kolizí a správnou odezvu na ně, vytvořený pro pružinové systémy. Mechanismus umožňuje zpracovat kolizi mezi pevným a pružným objektem (kostí a svalem) stejně jako mezi dvojicí pružných objektů. Vytvořené řešení je součástí projektu VPHOP - The Osteoporotic Virtual Physiological Human (FP7-ICT-223865), sponozorovaného Evropskou Komisí, jehož cílem je zvýšení efektivity léčby a předcházení osteoporózy.
Annotation in English
Soft-body models represent elastic deformable objects in a virtual environment, which makes them particularly appropriate for a simulation of objects made of organic materials. Simulation environments created for medical purposes are the most usual applications that employ soft bodies. This thesis presents a model of muscles for one of such environments. The model is based on the mass-spring systems, which use point-mass particles connected by fictional springs to represent the deformable object. Also, a mechanism for collision detection and response suitable for the mass-spring model was designed, implemented and tested. The mechanism is able to handle collisions between a rigid and a soft body (a bone and a muscle) as well as between two soft bodies (two muscles). The solution is a part of the EC funded project VPHOP - The Osteoporotic Virtual Physiological Human (FP7-ICT-223865) that is dedicated to improvement of the effectiveness of osteoporosis prediction and treatment.
Soft-body modely slouží k reprezentaci elastických deformovatelných objektů ve virtualním prostředí. Jsou tedy vhodné pro simulaci objektů tvořených organickými materiály. Simulační prostředí určená pro lékařské účely jsou nejčastější aplikací soft-body modelů. Tato diplomová práce představí model svalů pro jedno takové simulační prostředí. Model je založen na tzv. pružinových systémech, které používají bodové hmotné body (částice) spojené myšlenými pružinami k reprezentaci deformovatelných objektů. Kromě toho je také představen návrh a implementace mechanismu pro detekci kolizí a správnou odezvu na ně, vytvořený pro pružinové systémy. Mechanismus umožňuje zpracovat kolizi mezi pevným a pružným objektem (kostí a svalem) stejně jako mezi dvojicí pružných objektů. Vytvořené řešení je součástí projektu VPHOP - The Osteoporotic Virtual Physiological Human (FP7-ICT-223865), sponozorovaného Evropskou Komisí, jehož cílem je zvýšení efektivity léčby a předcházení osteoporózy.
Annotation in English
Soft-body models represent elastic deformable objects in a virtual environment, which makes them particularly appropriate for a simulation of objects made of organic materials. Simulation environments created for medical purposes are the most usual applications that employ soft bodies. This thesis presents a model of muscles for one of such environments. The model is based on the mass-spring systems, which use point-mass particles connected by fictional springs to represent the deformable object. Also, a mechanism for collision detection and response suitable for the mass-spring model was designed, implemented and tested. The mechanism is able to handle collisions between a rigid and a soft body (a bone and a muscle) as well as between two soft bodies (two muscles). The solution is a part of the EC funded project VPHOP - The Osteoporotic Virtual Physiological Human (FP7-ICT-223865) that is dedicated to improvement of the effectiveness of osteoporosis prediction and treatment.
Seznamte se s náplní projektu VPHOP: The Osteoporotic Virtual Physiological Human, No: FP7-ICT-223865, zejména pak s problematikou WP10: Morphable Musculoskeletal Model.
Prozkoumejte existující metody pro deformaci elastických objektů, zejména pak metody založené na částicových systémech.
Na základě domluvy s vedoucím práce si vyberte vhodnou / navrhněte vlastní metodu pro deformaci skupiny objektů reprezentovaných vlákny s kuličkami (částicemi) s vyloučením vzájemné kolize objektů.
Seznamte se s programovým rozhraním VTK a MAF. Dále proveďte efektivní implementaci zvolené / navržené metody pro MAF tak, aby implementace zvládala deformovat objekty v reálném čase. Dle potřeby využijte paralelního výpočtu nebo GPGPU pro dosažení výkonu.
Vytvořené programové vybavení otestujte a zhodnoťte (z hlediska výkonu, přesnosti, ...)
Research Plan
Seznamte se s náplní projektu VPHOP: The Osteoporotic Virtual Physiological Human, No: FP7-ICT-223865, zejména pak s problematikou WP10: Morphable Musculoskeletal Model.
Prozkoumejte existující metody pro deformaci elastických objektů, zejména pak metody založené na částicových systémech.
Na základě domluvy s vedoucím práce si vyberte vhodnou / navrhněte vlastní metodu pro deformaci skupiny objektů reprezentovaných vlákny s kuličkami (částicemi) s vyloučením vzájemné kolize objektů.
Seznamte se s programovým rozhraním VTK a MAF. Dále proveďte efektivní implementaci zvolené / navržené metody pro MAF tak, aby implementace zvládala deformovat objekty v reálném čase. Dle potřeby využijte paralelního výpočtu nebo GPGPU pro dosažení výkonu.
Vytvořené programové vybavení otestujte a zhodnoťte (z hlediska výkonu, přesnosti, ...)