OpenSim の使い方（Static optimization 編）

OpenSimの使い方
Static Opitimization編
2016/5/2
Copyright© 2015 Biological Systems Engineering lab. All Rights Reserved.
広島大学工学研究科
生体システム論研究室
栗田グループ

Biological Systems
Engineering lab.
• 本スライドの内容は，広島大学工学研究科生体システム
論研究室栗田雄一准教授グループが，平成２８年度研究
室内チュートリアルで利用している資料の一部をまとめ
たものです．
• 本スライドの内容には，間違いが含まれている可能性が
ありますが，当方は修正の責任を負いません．本スライ
ドは，あくまで参考としての利用にとどめ，最終的には
ご自身で対応ください．
• そのほか，スライド内容を閲覧，実行したことにより生
じたいかなる損害についても，当方は責任は負いません．
また，スライド内容に対する質問にも回答できかねます
ことをご了承ください．
• 以上についてご承諾いただける方のみ，ご利用ください．
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注意事項

Biological Systems
Engineering lab.
概要
3Copyright© 2015 Biological Systems Engineering lab. All Rights Reserved.
Static Optimizationとは（以下SO）
日本語訳：静的最適化
 1フレームごとの姿勢で筋力・筋活動度の計算を行う
 SO後，各フレームにおける筋力 [N]と筋活動度 [%]が
出力される
 筋活動の二乗和が最小になるような最適化計算が行われる
→各姿勢に対して，最も筋を使わないような力配分
筋力・筋活動度推定を行う

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操作説明
SOの場所
タブのTools→Static Optimization

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操作説明
SOの設定画面
主なセッティングタブ
基本的な設定はここで
決定する．
モデル名
モデルの名前が
勝手に入る．
特にいじる必要は無し．
アクチュエータ・
外力タブ
後ほど説明．

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操作説明
SOの設定画面（メイン設定）
入力部
入力の設定は
ここで行う
入力ファイル (.sto)
SOによって吐き出される
.stoファイルを入力する
場合はStateに●をして，
ファイルを選ぶ
入力ファイル (.mot)
Inverse Kinematicsを
行って出力された
モーションファイル (.mot)
を入力する場合は
Motionに●をして
ファイルを選ぶ．
（通常は，こちらを使う）
ローパスフィルタの設定
ローパスフィルタを
かける場合は
チェックを入れる．
デフォルトは6 [Hz]．
（人間の運動，動作には
通常6 [Hz]程度のノイズが
のっているため）

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操作説明
Static Optimization
（静的最適化）の設定
最適化計算の拘束条件
筋活動度のn乗和を
最小にするような
筋活動度の解を算出する．
通常は2乗和．
解析ステップ数
最適化計算を行う
ステップ数を設定．
通常は1ステップ．
筋活動度の計算に
筋の力－長さ－速度関係
を使うか
通常はチェックを
入れておく

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操作説明
解析を行う時間
.motファイルにおける
どこからどこまで解析を
行うのかを決定する．

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操作説明
出力部
出力の設定は
ここで行う．
出力ファイル名
自由に設定できる．
出力先
自由に設定できる．
正確性
結果を小数点いくつで
表すのかを決定

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操作説明
SOの設定画面（アクチュエータ・外力設定）
OpenSimでは
筋活動度推定における最適化計算の際に用いられる．
 動作させるもの
 油圧や電動モーターによって，
エネルギーを並進または回転運動に変換する駆動装置
[三省堂大辞林]
アクチュエータとは

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操作説明
 とある姿勢を再現するための，各筋における筋活動度を推定
 筋活動度は最適化計算によって推定される
 姿勢を再現するのに最小の筋活動度を推定
筋活動度計算
筋活動度計算における問題点
 姿勢を再現するための筋活動度が計算上100%を超えることがある
 100%を超えてしまうと，計算が止まってしまう
アクチュエータは最適化計算の手助けを行う

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操作説明
アクチュエータの役割
 各筋の筋活動を補助する
 筋活動度が100%を超えないようにする

Biological Systems
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操作説明
SOの設定画面（アクチュエータ設定）
アクチュエータ設定
アクチュエータの
設定を行う．
アクチュエータの種類
モデルの筋力に
アクチュエータの力を
足すか，置き換えるか．
（通常は
Appendの方でOK）

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操作説明
SOの設定画面（アクチュエータ設定）
Addでアクチュエータを
追加
Addを押すと
アクチュエータの
空ファイルが追加される
ここからアクチュエータの
.xmlファイルを指定する

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操作説明
SOの設定画面（外力設定）
外力タブ
外力を追加する際は，
チェックを入れる．
新規で外力の
設定ファイルを
作る際はこちら
既に外力の
設定ファイルを
作ってある場合はこちら

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操作説明
外力の.motファイル
を設定
外力を与える
モーションファイルを設定
外力ファイルを設定後，
外力を付加する箇所を
追加していく

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操作説明
外力名の設定
どこに外力を
印加するのかを選ぶ．
あらかじめ設定してある
外力の種類と
与える点の選択
外力を付加するかどうか
骨の一点に受ける力
(Point force)
骨全体に受ける力
(Body force)

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操作説明
トルクを
付加するかどうか
以下の設定は
外力の場合と同じ

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操作説明
SO実行例
モデル
 Gait2354を使用
（C:OpenSim 3.3ModelsGait2354_Simbodygait2354_simbody.osim）
モーションファイル
 subject01_walk1_ik.motを使用
（C:OpenSim 3.3ModelsGait2354_Simbodysubject01_walk1_ik.mot）
アクチュエータファイル（今回の場合使わなくてもOK)
 gait2354_RRA_Actuatorsを使用
（C:OpenSim 3.3ModelsGait2354_Simbodygait2354_RRA_Actuators.xml）
外力ファイル（今回の場合使わなくてもOK)
 subject01_walk1_grf.motを使用
（C:OpenSim 3.3ModelsGait2354_Simbodysubject01_walk1_grf.mot）

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操作説明
SO実行例（モデルを開く）
File→Open Model
前のスライドで挙げたモデルを読み込む
足の筋が張られたモデルが読み込まれる

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操作説明
SO実行例（メイン設定を行う）
Tools→Static Optimization
静的最適化の設定を始める
subject01_walk1_ik.motを設定
フィルターにチェック
を入れる
出力ファイル名，
出力先は任意で設定
ここは特に触らない

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操作説明
SO実行例（アクチュエータの設定を行う）
Edit→Add→
Gait2354_RRA_Actuatorsを設定

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操作説明
SO実行例（外力の設定を行う）
External Loadsにチェック→
subject01_walk1_ik.mot
を入れる
subject01_walk1_grf.mot
を入れる
Addをクリック

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操作説明
まず右足にかかる外力を設定．
全て設定し終わったら「OK」をクリック
任意の名前を設定
（例では右足にかかる反力なので
Rと名付ける．）
地面からの反力は
左足の踵骨（calcn_r）に
かかるものと考える．
Point Force
Force ColumnsのXに
ground_force_vxを
Point ColumnsのXに
ground_force_pxを
それぞれ設定すると，
Y,Zは自動で設定される

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操作説明
左足も同様に設定．
全て設定し終わったら「OK」をクリック
任意の名前を設定
（例では左足にかかる反力なので
Lと名付ける．）
地面からの反力は
左足の踵骨（calcn_l）に
かかるものと考える．
Point Force
Force ColumnsのXに
1_ground_force_vxを
Point ColumnsのXに
1_ground_force_pxを
それぞれ設定すると，
Y,Zも自動で設定される

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操作説明
以上で外力の「大きさ」と「印加する位置」が設定できた．
Saveをクリックすれば設定を保存できる．

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操作説明
SO実行例（SOを始める）
Runを押すとStatic Optimizationが始まる

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