Fast deformation for modelling of musculoskeletal system

Abstract

Tento článek navrhuje gradient-domain deformaci pro změnu tvaru povrchových modelů svalů v závislosti na pohybu kostí při simulaci fyziologických aktivit. Každý sval je asociován s jednou nebo více lomenými čárami, které reprezentují kostru svalu, se kterou je povrchový model svalu svázán tak, že transformace kostry svalu (zapříčiněná pohybem kostí) vyvolá transformaci vrcholů povrchové sítě svalu, přičemž tato transformace je omezena lineárními Laplacianovskými podmínkami pro zachování tvaru sítě a nelineárními objemovými podmínkami pro zachování objemu deformovaného svalu. Všechny tyto podmínky tvoří systém rovnic, který je řešen iterativní Gauss-Newton metodou s Lagrangovými multiplikátory. Naše C++ implementace dokáže zpracovat sval střední velikosti během několik málo až 400 ms na běžně dostupném hardware v závislosti na typu paralelizace, přičemž změna v objemu je menší než 0.04%. Předběžné biomechanické zhodnocení navržené techniky ukazuje, že technika dokáže produkovat realistické výsledky a díky vysoké rychlosti zpracování může být zajímavou alternativou metodám užívaným v klinické praxi v současnosti.