인체 근골격 동역학 시뮬레이션을 위한 다중해상도 근육 모델

Abstract

인체 근골격 동역학 시뮬레이션은 동역학 시뮬레이터에 모델링 된 인체 근육과 골격을 이용하여 인체 운동을 분석하는 방법으로, 많은 경우 해석에 사용된 근육 모델이 얼마나 자세한지에 의해 그 정밀도가 결정된다. 특히 최근에는 초음파 검사, 컴퓨터 단층촬영, 자기공명영상 등 측정 기술의 발전과 함께 다양한 시뮬레이션 환경에서 사용할 수 있는 매우 자세한 인체 모델들이 개발되고 있으며, 이러한 추세에서 이전처럼 무조건적으로 더 복잡한 모델을 쓰기보다는 시뮬레이션의 목적과 조건에 따라 모델의 복잡도를 조절하려는 방향으로의 수요가 생겨나고 있다. 그러나 근육 모델의 복잡도를 체계적으로 조절하는 알고리즘에 대한 연구는 거의 이루어진 바가 없으며, 오랜 기간 다양한 복잡도로 축적된 인체 근육 데이터들을 하나의 체계 하에 담아내는 것이 매우 시급한 실정이다. 본 연구에서는 컴퓨터이용설계 분야에서 사용되던 '다중해상도' 개념을 인체 동역학 근육 모델에 도입하여, 조건에 따라 근육 모델의 복잡도를 조절할 수 있는 '다중해상도 근육 모델(multi-resolutional muscle model)'을 제안하고자 한다. 이를 위해 근육 모델의 해상도를 기능적 해상도와 구조적 해상도의 두 가지 차원으로 정의하였고, 각각에 대한 해상도 변화 알고리즘도 논의하였다. 이러한 다중해상도 근육 모델을 활용하면 인체 시뮬레이션의 효율성을 증대시킬 수 있음은 물론, 제각기 축적되었던 인체 근육 데이터 및 근력 산출 알고리즘들이 하나로 통합된 새로운 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

Recently, with the improvement of measurement techniques, dynamic human models which include highly sophisticated muscle models have been developed. In this trend, the demand for controlling the complexity of muscle models depending on the purpose of the simulation has increased. However, there is no previous study concerning the algorithm for systematically manipulating the complexity of a muscle model. In this reason, this study proposes the 'multi-resolutional muscle model' by introducing the 'multi-resolution' concept into dynamic muscle models for human musculoskeletal simulations. The resolution of a muscle model is defined into two different dimensions, the functional resolution and the structural resolution. Also, in order to make the multi-resolution concept more meaningful, resolution change algorithms for each type are discussed. Although this model needs further modification and improvement, this study can be a cornerstone of the integration of various muscle models in the future.