Collaborative Research: HCC: Medium: Aerodynamic Virtual Human Simulation on Face, Body, and Crowd
合作研究:HCC:媒介:面部、身体和人群的空气动力学虚拟人体模拟
基本信息
- 批准号:2313076
- 负责人:
- 金额:$ 38.3万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-09-01 至 2027-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This project develops the first high-fidelity aerodynamic virtual human model to support the scientific community and to tackle various emerging public-health problems. The proposed collaborative research addresses the significant and numerous computational challenges associated with the modeling and simulation of dynamic virtual human systems, involving aerodynamic flow processes and various physical components (e.g., face, hair, clothes, crowd, and thermal environments). The specific focus here is on modeling the human's aerodynamic micro-environment and its interactions with human respiratory activities, which have largely been neglected in the virtual human literature. The research aims are: (1) model the aerodynamic microenvironment consisting of thin layers of airflow near the boundary of human face; (2) simulate contact, friction, and solid-air coupling with areas of the human body, including skin, hair, and clothing surfaces; and (3) develop numerical algorithms to model aerodynamic crowds for multi-physics and multi-agent simulation. Among these aims, differentiable numerical solvers will be developed to facilitate optimization and computational design for human respiration-related problems.The proposed algorithms will introduce a new family of computational tools based on first principles to fill the gaps in simulation, animation, design, and education regarding the previously ignored aerodynamic subarea of virtual human modeling. The PIs will also disseminate the results as open-source software libraries and databases of simulation results. If successful, the availability of these aerodynamics-aware virtual human models, augmented by an ensemble of differentiable physics simulators, individualized data models, interactive visualization, and VR/AR display, can provide convenient and intuitive tools for various applications that involve the human form.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目开发了第一个高保真的空气动力学虚拟人模型,以支持科学界并解决各种新出现的公共卫生问题。拟议的协作研究解决了与动态虚拟人系统的建模和仿真相关的大量计算挑战,涉及空气动力学流动过程和各种物理组件(例如,脸、头发、衣服、人群和热环境)。这里特别关注的是模拟人类的空气动力学微环境及其与人类呼吸活动的相互作用,这在很大程度上被虚拟人类文献所忽视。研究的目标是:(1)模拟人脸边界附近由薄层气流组成的空气动力学微环境;(2)模拟人体区域(包括皮肤、头发和衣物表面)的接触、摩擦和固-气耦合;(3)开发数值算法来模拟空气动力学人群,用于多物理和多智能体模拟。在这些目标中,将开发可微的数值解算器来促进与人类呼吸相关的问题的优化和计算设计。所提出的算法将引入基于第一原理的新的计算工具家族,以填补在模拟、动画、设计和教育中关于以前被忽视的虚拟人体建模的空气动力学分区的空白。绩效指标还将以开放源码软件库和模拟结果数据库的形式传播结果。如果成功,这些空气动力学感知的虚拟人体模型的可用性,加上一系列可区分的物理模拟器、个性化数据模型、交互式可视化和VR/AR显示,可以为涉及人类形态的各种应用提供方便和直观的工具。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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