計(jì)算機(jī)人體模型的建立

所謂槍彈的威力，就是在特定的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)條件下，槍彈彈頭（或其破片）對(duì)人員進(jìn)行殺傷的能力。單個(gè)彈頭（或破片）的殺傷效應(yīng)是評(píng)價(jià)整個(gè)槍彈殺傷威力的基礎(chǔ)。對(duì)彈頭、破片威力的合理評(píng)估，無(wú)論在戰(zhàn)術(shù)還是在技術(shù)方面都有著重要的意義。建立人體致傷模型，利用模型模擬彈頭對(duì)人體的殺傷作用是較為準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)地評(píng)價(jià)彈頭殺傷威力的必由之路。

人體模型的由來(lái)

早期的人體模型多建立在動(dòng)能判定基礎(chǔ)上，即我們所說(shuō)的“動(dòng)能判定標(biāo)準(zhǔn)”。如我國(guó)普遍采用的25mm厚松木板、西歐國(guó)家采用的41mm厚楊木板等均采用了動(dòng)能判定模型。這種模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可操作性好，對(duì)單純的侵徹性能指標(biāo)判定具有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度，但對(duì)人體致傷效應(yīng)的綜合評(píng)估卻顯得不足。到了20世紀(jì)50年代，威廉德·本森提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)人體數(shù)學(xué)模型，指出了人體不同側(cè)面的受彈面在實(shí)際過(guò)程中是不一致的，可以說(shuō)這是立體人體模型的雛形。到了20世紀(jì)60年代，美國(guó)阿伯丁試驗(yàn)場(chǎng)BRL彈道研究所提出了一種更切乎實(shí)際的人體模型，這種模型將人體分成了許多5mm×5mm×25mm的小長(zhǎng)方單元體，把槍彈對(duì)人體的致傷過(guò)程抽象為槍彈對(duì)不同單元體的作用過(guò)程，這個(gè)模型考慮了人體的不對(duì)稱和不均勻特性，最后，這個(gè)模型演變成了美國(guó)計(jì)算機(jī)人體模型，并應(yīng)用在槍彈（破片）的殺傷效能檢測(cè)和評(píng)估方面。由于美國(guó)在這方面技術(shù)保密，模型的具體操作細(xì)節(jié)不得其詳，但這也給我們指出了一條更為確切的建立人體模型的方法。

人體模型建立的依據(jù)

模型的科學(xué)和實(shí)用的先決條件是對(duì)投射物致傷的準(zhǔn)確描述和判斷。人體模型建立的依據(jù)如下：

a.充分認(rèn)識(shí)槍彈彈頭（或破片）特征量及對(duì)人體損傷的特征量（傷道尺寸、能量釋放量、間接損傷等）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

b.建立足夠細(xì)化的、能夠真實(shí)反映致傷效應(yīng)的“真實(shí)”的人體模型；

c.按對(duì)創(chuàng)傷反應(yīng)的輕重程度，細(xì)致、合理地劃分人體損傷部位；

d.合理、準(zhǔn)確地建立各損傷部位的損傷權(quán)值；

e.科學(xué)、合理地建立各損傷部位之間的損傷權(quán)值關(guān)系，得出綜合損傷權(quán)值。

這樣，建立起來(lái)的人體模型才是真正的以創(chuàng)傷彈道學(xué)和創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)的人體致傷模型。它從本質(zhì)上將命中與致傷分開，解決了以往模型所遇到的受彈面積的計(jì)算問(wèn)題。利用此模型可以計(jì)算出任意情況下槍彈對(duì)人體的殺傷概率。

人體模型建立的方法

（1）標(biāo)準(zhǔn)模型樣板與CT定位

針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)人員特點(diǎn)，選用標(biāo)準(zhǔn)的男性人體作為模型樣板，樣板的身高、體重及健康狀況可根據(jù)不同國(guó)家和地區(qū)取統(tǒng)計(jì)平均值，姿態(tài)取標(biāo)準(zhǔn)立正姿勢(shì)。

采用CT掃描，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)人體各斷面進(jìn)行逐層掃描照相，確定各器官組織的解剖部位及其相互之間的關(guān)系。

（2）人體器官定位

借助于有限元，將標(biāo)準(zhǔn)人體模型樣板分為若干個(gè)立體單元，各單元體相互緊密、有序排列組成整個(gè)人體。各單元體為“均質(zhì)”、唯一。

將人體CT照片以單元尺寸同比例放大，并分別確定在相應(yīng)的多個(gè)單元體中。此方法稱為“人體器官單元定位法”。

這種方法一方面確定了人體各器官、組織的空間相對(duì)位置和體積，解決了精確描述復(fù)雜人體的難題；另一方面，這種將人體離散化的方法符合計(jì)算上的要求，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)損傷的單元體進(jìn)行計(jì)算。

（3）損傷部位的劃分與損傷權(quán)值的確定

創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)研究和臨床實(shí)踐表明：人體各個(gè)部位對(duì)同一種投射物的創(chuàng)傷反應(yīng)是不同的。基于此，我們按其各部分對(duì)創(chuàng)傷反應(yīng)的不同程度進(jìn)行劃分，并將分類結(jié)果標(biāo)在每個(gè)相應(yīng)的單元體上。這樣，經(jīng)過(guò)對(duì)人體各部位的細(xì)致分析、研究共劃分出147處損傷部位。

不同損傷部位對(duì)戰(zhàn)斗力喪失的影響程度不同，據(jù)此，我們以損傷等級(jí)來(lái)劃分。按照創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)上劃分，傷情分為四個(gè)等級(jí)——輕、中、重、極重，損傷權(quán)值范圍在0.0～1.0之間，如各等級(jí)損傷權(quán)值范圍可?。?/p>

輕度傷：0.0～0.25

中度傷：0.25～0.5

重度傷：0.5～0.75

極重度傷：0.75～1.0

（4）人體模型的確定

按以上方法，人體模型劃分為160000個(gè)1mm×1mm×1mm的單元體，每個(gè)單元體又分為４個(gè)0.5mm×0.5mm×1mm的單元體。最終單元體可以為0，即不含人體組織。

建立人體模型數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)

將人體模型放入三維迪卡爾坐標(biāo)系中（如圖1），按一定規(guī)律，建立單元序號(hào)與單元空間位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及根據(jù)創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)，按不同器官、組織與創(chuàng)傷的傷情，建立損傷權(quán)值數(shù)據(jù)庫(kù)。

結(jié)束語(yǔ)

至此，人體模型數(shù)據(jù)庫(kù)和損傷權(quán)值數(shù)據(jù)庫(kù)共同組成計(jì)算機(jī)人體模型的全部。當(dāng)然，最準(zhǔn)確的人體模型應(yīng)建立在最小單元體為幾何“點(diǎn)”的基礎(chǔ)上，即各單元體的體積為0。相信隨著CT照相技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的提高，最終的人體計(jì)算機(jī)模型會(huì)更接近真實(shí)的人?！?/p>

（編輯／魏開功）