Name: construction of a realistic, whole-body, three-dimensional equine skeletal model using computed tomography data
Uploaded: 2021-02-25T14:30:00
Duration: 11 min 9 s
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Die Autoren danken Herrn Jean Luc Cornille, Science of Motion, für seinen Beitrag zur Modellierungsgenauigkeit; Dr. Martha Littlefield und Mr. James Ray (LSU SVM) sowie Dr. Steve Holladay, Dr. Carla Jarrett und Mr. Brent Norwood (UGA CVM) für den Zugang zu anatomischen Proben; Dr. Ajay Sharma (UGACVM) und Dr. L. Abbigail Granger und Mr. Mark Hunter (LSUSVM) für die Durchführung von CT-Scans; und die Bachelor-Forscher Jeremy Baker, Joshua Maciejewski, Sarah Langlois und Daniel Pazooki (LSU School of Veterinary Medicine Functional and Evolutionary Anatomy Lab) für ihre Arbeit im Zusammenhang mit dieser Forschung. Die Finanzierung erfolgte durch das Equine Health Studies Program der Louisiana State University School of Veterinary Medicine über ein Stipendium von Charles V. Cusimano.

<ol>
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte erklärt.

Dieses Protokoll zeigt, wie man ein 3D-Ganzkörperskelettmodell eines Organismus erstellt und wie man das in diesem Papier beschriebene Ganzkörper-Pferdeskelettmodell verwendet. Das Modell befindet sich derzeit in einem Format, das eine spezielle 3D-Animations- und Modellierungssoftware erfordert, die für neue Benutzer eine ziemliche Lernkurve aufweist. Eine Version dieser Software ist jedoch für diejenigen, die mit einer Universität verbunden sind, frei verfügbar. Obwohl die Modellierung der Ganzkörperhaltung und -bewegung verwendet wird, um menschliche Athleten zu beurteilen und Ursachen für mechanisch induzierte chronische Verletzungenzu identifizieren 11, wird dies bei Pferdesportlern seltener durchgeführt. Um diesen Ansatz für die Bewertung der möglichen Ursachen von Pferdesportverletzungen und Leistungsproblemen zu nutzen, wurde aus CT-Daten mit der 3D-Visualisierungssoftware und der 3D-Animations- und Modellierungssoftware ein realistisches Ganzkörper-Skelettpferdemodell erstellt. Dieses Modell unterscheidet sich von anderen Pferdemodellen, die entweder künstlerische grafische Nachbildungen des Skeletts (https://www.youtube.com/watch?v=YncZtLaZ6kQ) sind oder nur die Gliedmaßen14,15,16,17 darstellen. In diesem Ganzkörpermodell waren Vorderbeine und Hinterbeine, Wirbelsäule und Brustkorb alle manipuliert und mit Bedienelementen versehen, die eine einfache Manipulation des Modells für eine realistische und genaue Positionierung und Animation ermöglichen.
Das Protokoll, das zum Rigieren des Modells verwendet wird, ermöglicht die Wiederholbarkeit und zukünftige Änderungen, um den Bedürfnissen des spezifischen Pferdes, das manipuliert wird, gerecht zu werden, was eine individuelle Analyse ermöglicht. Daher ist das Pferdemodell ein Werkzeug, das von Forschern bei der Analyse von Bewegungen verwendet werden kann. Es ist jedoch kein automatisiertes Programm, das Antworten liefert, ohne dass Parameter eingegeben werden, die für das zu modellierende Tier spezifisch sind und die Frage beantwortet wird, da die Genauigkeit des Modells direkt mit der Stärke einer bestimmten Analyse zusammenhängt. Die Möglichkeit, Parameter einzugeben, ermöglicht es auch, das Modell kontinuierlich mit Daten aus zukünftigen Forschungsstudien zu aktualisieren. Darüber hinaus kann dieses grafische Rigging-Protokoll angewendet und/oder angepasst werden, um die anatomischen Unterschiede zwischen Individuen widerzuspiegeln. Es kann auch angepasst werden, um andere Tiere effektiv zu modellieren. Das 3D-Pferdemodell kann leicht manipuliert und positioniert werden, um Positionen und Bewegungen zu simulieren. Dies zeigt sich besonders deutlich bei den Gliedmaßen, da ihre Bewegungen relativ einfach zu sehen und zu modellieren sind.
Die grafische Gelenkpositionierung im Modell wurde durch einen ähnlichen Ansatz bestimmt, der in anderen Studien verwendet wurde18,19. Die Knochennetze wurden in neutraler Position platziert. Grafische Gelenke wurden so positioniert, dass sich die Knochen frei drehen konnten, ohne dass es zu einer Kollision mit anderen Knochennetzen kam. In den Ziffern wurde das grafische Gelenk an der Stelle platziert, an der eine Kugel mit den Bewegungsflächen zusammenfiel. Das grafische Gelenk des Schulterblattes wurde in der ungefähren Mitte der Schulterblattklinge platziert. Diese Positionierung des grafischen Gelenks ermöglicht es, es in 6 Freiheitsgraden zu bewegen, um das Schulterblatt in die gewünschte Position zu bringen. Im Gegensatz zu den Gliedmaßen ist die Bewegung der Wirbelsäule nicht leicht zu sehen, komplexer als oft realisiert und daher schwieriger zu modellieren. Obwohl das Modell die Flexibilität hat, um Bewegungen und Probleme an bestimmten Wirbelsäulengelenken zu untersuchen, musste es auch in der Lage sein, die oft schwer zu unterscheidenden Bewegungen der gesamten Wirbelsäule darzustellen. Die Verwendung des "Ribbon Spine" ermöglicht eine realistischere Bewegung der Wirbelsäule während der Animationen.
Dies ist wichtig, da die Wirbelsäule bei Pferden, wie sie beim Menschen gefunden wurde, oft der Ursprung von Problemen ist, die möglicherweise mit abweichenden biomechanischen Bewegungen und Verletzungen der Gliedmaßen zusammenhängen. Eine Stärke dieses Modells ist die Fähigkeit, Wirbelsäulenpositionen wie transversale Wirbelrotationen20 genau darzustellen (Abbildung 4). Wie sich diese Haltungen bei verschiedenen Gangarten dreidimensional auf die Gliedmaßen auswirken, kann anhand des Modells in Kombination mit kinematischer und Kraftanalyse (z. B. Druckplattenstudien zur Bestätigung einer erhöhten Belastung der Gliedmaßen und statische Kraftanalyse) bestimmt werden. Weichteil-Muskel-Komponenten werden derzeit dem Ganzkörper-Skelettmodell hinzugefügt. Zukünftige Ziele sind es, die Verwendung des Modells in der biomechanischen 3D-Analyse für Studien zur Lahmheit von Pferden auszuweiten. Eine solche Erweiterung würde die Verwendung des Modells zur Durchführung von 3D-Kraftanalysen umfassen, die gesunde und ungesunde Körperhaltungen vergleichen, und die Registrierung des Modells mit 3D-Datenpunkten, die in Motion-Capture-Studien gesammelt wurden, um eine effektivere visuelle Darstellung der Bewegung zu ermöglichen.

Chronische Lahmheit bei Pferden ist oft mit progressiven degenerativen Gewebeläsionen verbunden, die denen der Osteoarthritis (OA) ähneln, einem großen Problem der öffentlichen Gesundheit beim Menschen 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . Da in der Humanmedizin therapeutische Ansätze, die sich auf die Behandlung bestimmter Läsionen konzentrieren (z. B. Pharmakotherapie und direkte Chondralreparatur), meist gescheitert sind, werden pathomechanische Kräfte heute als Ursache für Gewebeschäden bei OA erkannt. Aberrante oder pathomechanische Kräfte wirken sowohl auf Knochen- als auch auf Knorpelzellen direkt ein und induzieren die Freisetzung von Entzündungsmediatoren und eine fortschreitende Gewebedegeneration9. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass viele chronisch degenerative Knochen- und Gelenkerkrankungen weiter fortschreiten werden, wenn die ursächlichen mechanischen Kräfte nicht korrigiert werden. Damit verlagert sich der therapeutische Fokus in der Humanmedizin auf Ansätze, die die betroffenen Gelenke durch gezielte Bewegung "entlasten"10,11. Diese Verschiebung wurde jedoch in der Pferdemedizin noch nicht vorgenommen, zum Teil, weil Modelle für Pferdebewegungen benötigt werden, die angepasst werden können, um die Bewegungen eines Individuums zu zeigen.
Eine umfassende biomechanische Ganzkörperanalyse ist bei der Entwicklung von Trainingsprogrammen zur Optimierung der sportlichen Leistung und zur Erleichterung der Verletzungsregeneration bei menschlichen Sportlernüblich 11 (siehe auch z. B. die Zeitschrift "Sports Biomechanics"), wird jedoch bei Pferdesportlern seltener durchgeführt (siehejedoch 12). Übergeordnetes Ziel ist es daher, pathomechanische Modelle der Pferdelahmheit zu etablieren, mit denen individualisierte präventive und rehabilitative Therapien zur Verbesserung der Gesundheit von Pferdesportlern entwickelt werden können. Solche pathomechanischen Modelle können Unterschiede in der funktionellen Anatomie von Regionen (d.h. der Wirbelsäule) charakterisieren, die mit bloßem Auge nicht so leicht erkennbar sind wie andere (d.h. die untere Extremität). Um dieses Ziel zu erreichen, bestand das erste Ziel darin, ein anatomisch genaues, manipulierbares Ganzkörper-, Pferdeskelettmodell zu entwickeln, das von Forschern, die an funktionellen anatomischen, kinematischen und kinetischen Analysen interessiert sind, als Vorlage verwendet werden kann. Um für Pferdekliniker und -forscher nützlich zu sein, muss dieses Modell (1) biologisch realistisch sein, um eine genaue anatomische Positionierung zu ermöglichen, (2) einfache und genaue Anpassungen für die Modellierung verschiedener Haltungen von gesunden und nicht gesunden Pferden ermöglichen, (3) animiert werden können, um die Auswirkungen verschiedener Gangarten zu untersuchen, und (4) wiederholbare Nachbildungen von Positionen und Bewegungen erleichtern.
Aus CT-Daten wurde ein 3D-grafisches Ganzkörper-Pferdeskelettmodell erstellt, in dem die Positionen der Knochen relativ zueinander manipuliert und dann animiert werden konnten, um Bewegungen aus Bildern oder Videos eines Pferdes in Bewegung abzugleichen, wodurch ein 4D-Pferdeskelettmodell erstellt wurde. Je nachdem, was am besten zu der zu beantwortenden Frage passt, kann das Modell in 2D-, 3D- und 4D-Versionen oder in verschiedenen Kombinationen verwendet werden, um die pathomechanischen Auswirkungen bestimmter Positionen oder Haltungen zu veranschaulichen und zu charakterisieren. Aufgrund seines grundlegenden und flexiblen Designs dient das Modell als Vorlage, die von Forschern modifiziert werden kann, um ihre spezifischen Fragen und Datenparameter widerzuspiegeln. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise anatomische Informationen basierend auf Geschlecht und Tiergröße, 3D-Bewegungsanalysedaten, Weichteilkraftschätzungen und Trägheitseigenschaften. So ermöglicht das Modell eine detailliertere Analyse bestimmter Bereiche oder Gelenke und bietet gleichzeitig die Grundlage für die Durchführung von Experimenten, die an lebenden Pferden nicht durchgeführt werden können. Aufgrund praktischer Einschränkungen in Bezug auf die Verfügbarkeit von Proben (z. B. die geschnittenen Rippen) und den Scanner ist das Ganzkörper-Pferdemodell das Ergebnis der Zusammenführung von Daten von drei Pferdeproben. Somit ist das Modell keine perfekte Darstellung eines einzelnen Individuums, sondern wurde standardisiert, um die individuelle Variabilität breiter darzustellen. Kurz gesagt, es ist eine Vorlage, die verwendet und modifiziert werden muss, um den Bedürfnissen der Forscher gerecht zu werden. CT-Scans des Rumpfes, des Kopfes und des Halses sowie der Gliedmaßen wurden von zwei Pferdeproben von ungefähr gleicher Größe mit einem 64-Scheiben-CT-Scanner unter Verwendung eines Knochenalgorithmus mit einer Tonhöhe von 0,9, 1 mm Scheibe aufgenommen. CT-Scans einer Reihe von Rippen wurden mit einem 64-Schichten-CT-Scanner unter Verwendung eines Knochenalgorithmus mit einer Tonhöhe von 0,9, 0,64 mm Scheiben aufgenommen.
Die anatomische Integrität der knöchernen Gelenke (z. B. innerhalb der Extremität) wurde aufrechterhalten. Die in den CT-Scans verfügbaren Weichteile wurden auch verwendet, um die Platzierung der Knochen zu bestätigen. Da einige ganze Rippen und die proximalen Teile aller Rippen verfügbar waren und an der Thoraxprobe gescannt wurden, konnten die separat gescannten Rippen genau dimensioniert und innerhalb des Ganzkörperskelettmodells platziert werden. Die resultierenden DICOM-Daten (CT Digital Imaging and Communications in Medicine) wurden in die 3D-Visualisierungssoftware importiert (siehe Materialtabelle), und einzelne Knochen wurden in einzelne Datensätze (d. h. Knochennetze) segmentiert. Die einzelnen 3D-Knochennetze wurden dann in die 3D-Animations- und Modellierungssoftware (Table of Materials) importiert, wo sie bei Bedarf dimensioniert und in Vorbereitung auf das Rigging zu einem kompletten Pferdeskelett zusammengesetzt wurden - eine grafische Methode, um die Knochennetze so zu verbinden, dass ihre Bewegungen verknüpft sind (Abbildung 1).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Avizo</td>
			<td>VSG, Visualization Science Group, Inc., Burlington, MA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>cited in text as &#34;3D visualization software&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Maya</td>
			<td>Autodesk, Inc., San Rafael, CA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>cited in text as &#34;3D animation and modeling software&#34;; Free student version</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of a realistic, whole-body, three-dimensional equine skeletal model using computed tomography data

Therapien, die auf biomechanischen Ganzkörperbewertungen basieren, sind erfolgreich für die Verletzungsprävention und Rehabilitation bei menschlichen Sportlern. Ähnliche Ansätze wurden selten verwendet, um Sportverletzungen bei Pferden zu untersuchen. Degenerative Osteoarthritis, die durch mechanischen Stress verursacht wird, kann aus einer chronischen posturalen Dysfunktion stammen, die, da die primäre Dysfunktion oft vom Ort der Gewebeverletzung entfernt ist, am besten durch die Modellierung der Ganzkörperbiomechanik identifiziert werden kann. Um die Ganzkörperkinematik von Pferden zu charakterisieren, wurde aus Daten der Pferdecomputertomographie (CT) ein realistisches Skelettmodell eines Pferdes erstellt, das für die funktionelle anatomische und biomechanische Modellierung verwendet werden kann. Pferde-CT-Daten wurden mithilfe einer 3D-Visualisierungssoftware in einzelne dreidimensionale (3D) Datensätze (d.h. Knochen) rekonstruiert und zu einem vollständigen 3D-Skelettmodell zusammengesetzt. Das Modell wurde dann mit 3D-Animations- und Modellierungssoftware manipuliert und animiert. Das resultierende 3D-Skelettmodell kann verwendet werden, um Pferdehaltungen zu charakterisieren, die mit degenerativen Gewebeveränderungen verbunden sind, sowie um Haltungen zu identifizieren, die mechanische Belastungen an den Stellen von Gewebeverletzungen reduzieren. Darüber hinaus kann das Modell, wenn es in 4D animiert wird, verwendet werden, um ungesunde und gesunde Skelettbewegungen zu demonstrieren und präventive und rehabilitative individualisierte Therapien für Pferde mit degenerativen Lahmheiten zu entwickeln. Obwohl das Modell bald zum Download zur Verfügung stehen wird, befindet es sich derzeit in einem Format, das Zugriff auf die 3D-Animations- und Modellierungssoftware erfordert, die für neue Benutzer eine ziemliche Lernkurve aufweist. Dieses Protokoll wird die Benutzer dabei unterstützen, (1) ein solches Modell für jeden interessierenden Organismus zu entwickeln und (2) dieses spezifische Pferdemodell für ihre eigenen Forschungsfragen zu verwenden.

Das Ergebnis der Methode war ein vollständiges 3D-Pferdeskelettmodell innerhalb der 3D-Animations- und Modellierungssoftware, das genaue anatomische Positionierungs- und Bewegungssimulationen ermöglicht. Das Modell selbst verfügt über ein grafisches Rigging-System, das an die Vordergliedmaßen, die Hinterbeine, die Wirbelsäule, den Hals und den Brustkorb delegiert wird. Das 3D-Modell könnte von mehreren Personen in verschiedene Haltungen (Abbildung 3 und Abbildung 4) gebracht werden. Die Bewegungen des 4D-Modells (in Bewegung) wurden mit Videos von der Seite, von hinten und vorne sowie mit Overhead-Drohnenaufnahmen verglichen, um die Bewegung der Wirbelsäule genauer darzustellen, und mit Videos von Pferden auf dem Weg (Video), Galopp und Trab, um Animationen dieser Gangarten zu erstellen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62276/62276fig01.jpg"> Abbildung 1: Das 3D-Pferdemodell kann in verschiedene Haltungen verschoben und animiert werden, um Ganzkörperbewegungen in verschiedenen Gangarten in der 3D-Animations- und Modellierungssoftware zu demonstrieren. (A,C) Grafische Rigging-Systeme für das Pferd. Die grafische Bandwirbelsäule, die eine natürliche Bewegung der knöchernen Wirbelsäule ermöglicht, wird durch die grüne Ebene veranschaulicht. Die Bedienelemente, mit denen die verschiedenen Grafik-Rigs und die angebrachten Knochennetze bewegt werden, werden durch die gelben Ovale und Kreuzpfeile auf dem Modell veranschaulicht. (A) Stehende Position. c) Aufzuchtposition. (B, D) Das Modell mit den Knochennetzen, die am grafischen Rigging-System befestigt sind. Die Positionen der Bedienelemente verändern die Position des Skeletts des Pferdes. (B) Stehendes Pferd. (D) Aufzucht von Pferden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62276/62276fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62276/62276fig02.jpg"> Abbildung 2: Die Takelage jedes Gliedmaßes mit Gelenken ermöglicht die Positionierung und die Erzeugung von Bewegung. (A) Vorderglied mit grafischen Gelenken, gekennzeichnet mit den Nummern 1-10. (B) Hinterbein mit grafischen Gelenken, gekennzeichnet mit den Nummern 11-17. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62276/62276fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62276/62276fig03.jpg"> Abbildung 3: Das 3D-Pferdemodell wurde als Proof of Concept und zur Erstellung der ersten Animationen auf klassische Muybridge13-Fotos abgestimmt. (A) Muybridge-Fotos eines Pferdes beim Spaziergang. (B) Das 3D-Pferdemodell, das den Fotos überlagert wird und als Keyframes in der Animation verwendet werden soll. (C) Das 3D-Pferdemodell. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62276/62276fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62276/62276fig04.jpg"> Abbildung 4: Das 3D-Pferdemodell kann in verschiedene Haltungen (z.B. die hier gezeigte Querrotation der Wirbelsäule) bewegt werden, um die Beziehung solcher Haltungen zu pathomechanischen Kraftregimen und der daraus resultierenden Degeneration der betroffenen Skelettelemente, Gelenke und Weichteile zu verstehen. (A) Eine grafische 2D-Darstellung einer normalen Haltung eines Pferdes (mit Reiter) unter Verwendung grafisch manipulierter Fotos eines Pferdeskeletts im Vergleich zu einem Standbild von das 3D-Pferdemodell, bei dem Kopf und Halswirbel verborgen sind, um die Visualisierung des Thorax zu ermöglichen. (B) Eine grafische 2D-Darstellung eines Pferdes (mit Reiter) mit einer transversalen Rotation der Wirbelsäule unter Verwendung grafisch manipulierter Fotos eines Pferdeskeletts im Vergleich zu einem Standbild des 3D-Pferdemodells mit verstecktem Kopf und Halswirbeln, um die Visualisierung des Thorax zu ermöglichen. Beachten Sie hier die Wirkung der transversalen Rotation auf das Skelett und die Gliedmaßen des Körpers. Die dargestellte Position würde das linke Vorderbein überlasten, was durch die Kompression und Rissbildung der linken vorderen Hufwand beim lebenden Pferd gestützt wurde. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62276/62276fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.</a>
Video. Das 4D-Pferd. Schlüsselpositionen des Skeletts, wie sie auf die Muybridge13-Fotos des Pferdes abgestimmt sind, wurden interpoliert, um eine Animation des Pferdes bei einem Spaziergang zu erstellen. Die Bewegung ist von vorne, seitlich, oben und hinten zu sehen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62276/4D%20Horse.mp4" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um dieses Video herunterzuladen.</a>

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Construction of a Realistic, Whole-Body, Three-Dimensional Equine Skeletal Model using Computed Tomography Data

Der Zweck dieses Protokolls ist es, die Methode der Erstellung eines realistischen Ganzkörper-Skelettmodells eines Pferdes zu beschreiben, das für die funktionelle anatomische und biomechanische Modellierung zur Charakterisierung der Ganzkörpermechanik verwendet werden kann.

Konstruktion eines realistischen, dreidimensionalen Ganzkörper-Pferdeskelettmodells unter Verwendung von Computertomographiedaten

Therapies based upon whole-body biomechanical assessments are successful for injury prevention and rehabilitation in human athletes. Similar approaches ...

Aus Pferdecomputertomographiedaten wird ein realistisches Skelettmodell eines Pferdes erstellt, das manipuliert werden kann, um die funktionelle, anatomische und biomechanische Modellierung des gesamten Pferdekörpers zu verstehen. Die Technik ermöglicht eine schnelle und einfache Positionierung des Modells, um unterschiedliche Pferdehaltungen zu charakterisieren. Das Modell kann helfen, Pferdehaltungen im Zusammenhang mit degenerativen Gewebeerkrankungen zu charakterisieren und Haltungen zu identifizieren, die mechanische Belastungen reduzieren.Die Methode kann angepasst und modifiziert werden, um die Modellierung anderer Arten für klinische Zwecke wie Hunde oder andere akademische Aktivitäten wie die Modellierung evolutionärer Übergänge zu unterstützen. Alex Lee, ein Doktorand des Osborn-Labors, wird das Verfahren demonstrieren und hier mit Dr. Osborn zeigen. Beginnen Sie damit, grafische Gelenke in allen Bewegungsbereichen innerhalb der Vorderbeinlinie zu platzieren.Drücken Sie die Taste F3, um das Rigging-Menü zu aktivieren. Klicken Sie in den Menüs auf Skelett und Verbindungen erzeugen, um das Werkzeug Verbindungen erzeugen auszuwählen. Klicken Sie im Ansichtsbereich der Software in die ungefähren Bereiche der Gelenke in der Reihenfolge von eins bis 10 und drücken Sie die Eingabetaste.Passen Sie die Position der Gelenke an, indem Sie auf das gewünschte Gelenk klicken und das Bewegungswerkzeug verwenden, indem Sie die W-Taste drücken, um das Gelenk in die gewünschte Position zu bringen. Alternativ können Sie eine Verbindung anpassen, indem Sie auf die gewünschte Verbindung klicken und die Werte "X" übersetzen, "Y übersetzen" und "Z" im Feld "Kanal" oder im Ebeneneditorfenster ändern. Erstellen Sie als Nächstes fünf separate inverse kinematische Griffe.Klicken Sie in den Menüs auf Skelett und IK-Handle erstellen, um das Werkzeug IK-Handle erstellen auszuwählen. Wählen Sie mit dem Werkzeug IK-Griff erstellen eine Verbindung eins und dann drei Gelenke aus, und nennen Sie diesen IK-Griff im Outliner-Bedienfeld Frontbein IK". Verwenden Sie dann das Werkzeug und wählen Sie Verbindung drei und Verbindung sieben.Nennen Sie diesen IK-Griff Front Lower IK. Verwenden Sie das Werkzeug und wählen Sie die Gelenke sieben und acht aus und nennen Sie diesen IK-Griff Front Toe 1 IK. Wiederholen Sie den Schritt mit den Gelenken acht und neun, um die Front Toe 2 IK zu erstellen. Mit den Gelenken neun und 10, um die vordere Zehe 3 zu erstellen IK.To Vorderbeinsteuerungen zu erstellen, erstellen Sie einen ungleichmäßigen rationalen B-Splines oder NURBS-Kreis, indem Sie NURBS-Grundkörper erstellen und Kreis auswählen. Erstellen Sie zwei NURBS-Kreise, die das Gelenk 3 und das Gelenk 10 umgeben, und nennen Sie sie im Outliner-Panel "Front Control" bzw. Front Lower Control. Erstellen Sie einen weiteren NURBS-Kreis und wählen Sie ihn aus.Ändern Sie im Feld "Kanal" oder im Ebeneneditorfenster den Wert "Z drehen" in 90. Platzieren Sie es mit dem Verschiebewerkzeug an der Spitze des Gelenks 10 und nennen Sie es Front Flick Control" im Outliner-Bedienfeld. Gruppieren Sie Front Toe 1 IK, Front Toe 2 IK und Front Toe 3 IK, indem Sie alle drei auswählen und die G-Taste drücken.Nennen Sie diese Gruppe im Outliner-Bereich "Front Toe Group". Überführen Sie die IK-Griffe und die vordere Zehengruppe auf die Bedienelemente, indem Sie zuerst die Steuerung des Vorderbein-IK und dann die Vordere Steuerung auswählen und die P-Taste drücken. Control Wählen Sie die Front Lower Control, dann die Front Control aus, und drücken Sie die P-Taste.Strg wählen Sie die Front Lower IK, dann die Front Lower Control, und drücken Sie die P-Taste. Strg wählen Sie die vordere Flick-Steuerung, dann die Front Lower Control, und drücken Sie die P-Taste. Strg Wählen Sie die Front Toe Group und dann die Front Flick Control aus, und drücken Sie die P-Taste.Verwenden Sie als Nächstes das Bind Skin-Tool, um die Knochennetze an das Gelenkrigg zu binden. Wählen Sie das Knochennetz aus, und verschieben Sie das proximalste Gelenk, und verwenden Sie das Werkzeug "Haut binden" unter "Haut" und "Haut binden". Erstellen Sie mit dem Werkzeug "Gelenke erstellen" eine Verbindung innerhalb des Sesamknochennetzes.Binden Sie mit dem Binde Skin-Werkzeug das Sesamknochennetz an das Gelenk. Wählen Sie das Gelenk im Sesamknochen aus und verschieben Sie das nächstgelegene Vorderbeingelenk und drücken Sie die P-Taste, um es zu überziehen. Erstellen Sie eine NURBS-Ebene mit einer Länge, die ungefähr der Länge der Wirbelsäule entspricht.Wählen Sie 1 für U-Pflaster und die Anzahl der Brust- und Lendenwirbel für V-Pflaster. Wählen Sie das Quadrat neben dem Werkzeug Ebene erstellen (Create Plane) unter Nurbs-Grundtypen erstellen und Ebene (Plane) aus. Um die Ebene mit geänderten Optionen neu zu erstellen, drücken Sie die Taste F2, um das Menü Modellierung (Modellierung) aufzurufen.Wählen Sie im Ansichtsfenster die Ebene und dann die Einstellungen für das Werkzeug "Neu erstellen" aus, indem Sie unter "Flächen" und "Neu erstellen" das Quadrat neben dem Werkzeug "Neu erstellen" auswählen. Wählen Sie die Anzahl der Bereiche U als 1, die Anzahl der Bereiche V als Anzahl für den V-Patch und 1 linear für die Optionen Grad U und Grad V aus. Behalten Sie die anderen Einstellungen standardmäßig bei und drücken Sie die Schaltfläche Neu erstellen.Um nHairs zu erstellen, drücken Sie die Taste F5, um den FX-Menüsatz aufzurufen. Verwenden Sie das Werkzeug "Haare erstellen" mit geänderten Optionen, indem Sie das Quadrat neben nHair und "Haare erstellen" auswählen. Stellen Sie die Ausgabe auf NURBS-Kurven, U-Anzahl auf 1, V-Anzahl auf die Zahl für V-Patch ein und drücken Sie dann die Schaltfläche "Haare erstellen".Löschen Sie nucleus1, die Gruppe hairSystem1OutputCurves und hairSystem1 im Bedienfeld "Outliner". Erweitern Sie die Gruppe mit der Bezeichnung hairSystem1Follicles vollständig, und löschen Sie alle mit einer Kurve gekennzeichneten Elemente. Wählen Sie die Ebene aus, verschieben und orientieren Sie sie so, dass sie sich grob mit dem Rücken überlappt, indem Sie die Werkzeuge "Verschieben" und "Drehen" verwenden.Wählen Sie die Ebene aus, halten Sie die rechte Maustaste gedrückt, und wählen Sie "Scheitelpunkt steuern", um alle Eckpunkte der Ebene sichtbar zu machen. Bewegen Sie die Eckpunkte, um die Follikel zwischen den Wirbeln in der Höhe auszurichten, in der sich das Rückenmark befinden würde. Erstellen Sie an einer beliebigen Stelle im Ansichtsfenster eine Reihe separater Verbindungen.Die Position dieser Gelenke wird in späteren Schritten korrigiert. Wählen Sie im Bedienfeld "Outliner" ein erstelltes Gelenk aus, wählen Sie dann "Strg" ein NurbsPlaneFollicle aus und drücken Sie die P-Taste. Wiederholen Sie den Vorgang mit den anderen im vorherigen Schritt erstellten Gelenken und den anderen nurbsPlaneFollicle-Objekten.Wählen Sie im Outliner-Bedienfeld die Steuerungssteuerung alle Gelenke aus. Legen Sie im Feld "Kanal" oder im Bedienfeld "Ebene" die Option "X, Y und Z übersetzen" auf Null fest. Wählen Sie im Outliner-Bedienfeld alle Gelenke aus und drücken Sie die Tastenkombination Strg und D, um sie zu duplizieren.Wählen Sie im Outliner-Bedienfeld alle doppelten Gelenke aus und drücken Sie die Umschalttaste und die P-Taste, um das Überziehen aufzuheben. Binden Sie die Gelenke unter nurbsPlaneFollicle mit ihrem jeweiligen Wirbelnetz, indem Sie die Taste F3 drücken, um das Rigging-Menüset aufzurufen. Klicken Sie unter nurbsPlaneFollicle auf das Originalgelenk, Shift wählen Sie das jeweilige Wirbelnetz aus.Verwenden Sie dann das Tool "Skin binden" unter "Haut" und "Haut binden". Wiederholen Sie diese Aktionen für jedes Gelenk- und Wirbelnetz. Steuern: Wählen Sie alle doppelten Gelenke und die Ebene aus und binden Sie mit dem Werkzeug "Haut binden" alle doppelten Gelenke an die Ebene.In der 3D-Animations- und Modellierungssoftware ermöglicht die grafische Bandwirbelsäule die natürliche Bewegung der knöchernen Wirbelsäule. Die Software zeigt das Modell mit den Knochennetzen an, die am grafischen Rigging-System befestigt sind, so dass es möglich ist, die Position des Skeletts zu steuern. Die Takelage jedes Gliedmaßes mit Gelenken ermöglicht die Positionierung und die Schaffung von Bewegung unter Verwendung von grafischen Gelenken mit den Zahlen 1 bis 10 für Vorderbeinen und grafischen Gelenken mit den Zahlen 11 bis 17 für die Hinterbeine.Das 3D-Pferdemodell wurde als Proof of Concept und zur Erstellung der ersten Animationen auf klassische Muybridge-Fotos abgestimmt. Das Modell kann von einer normalen Haltung in verschiedene Haltungen wie eine transversale Rotation der Wirbelsäule verschoben werden, was es ermöglicht, die Beziehung von Haltungen zu pathomechanischen Kraftregimen und die daraus resultierende Degeneration der betroffenen Skelettelemente, Gelenke und Weichteile zu verstehen. Die Bewegungen des 4D-Modells wurden mit Videos von der Seite, Rückseite und Vorderseite verglichen, um die Bewegung der Wirbelsäule genauer darzustellen, und mit Videos von Pferden beim Gehen, Galoppieren und Trab, um Animationen dieser Gangarten zu erstellen.Das Studium der Ganzkörpermechanik ist notwendig, um die Auswirkungen degenerativer Gelenkerkrankungen zu verstehen. Dieses Modell bietet eine Möglichkeit, die Beziehung zwischen abweichenden Bewegungen und Haltungen und der daraus resultierenden Gewebedegeneration zu untersuchen. Dieses einzigartige Ganzkörper-Pferdemodell, das auf computergestützten Topographiedaten basiert, ermöglicht die Untersuchung dieses und anderer Forschungsbereiche aufgrund seiner Flexibilität und Fähigkeit, von Benutzern modifiziert zu werden, um ihre spezifischen Fragen zu beantworten.

Research

JoVE Journal

Biology

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Mit hochauflösenden Computertomographie, die dreidimensionale Struktur und Funktion pflanzlicher Gefäßsystem Visualisieren

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Forschung

Biologie

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