計算機人體模型的建立

所謂槍彈的威力，就是在特定的技術戰術條件下，槍彈彈頭（或其破片）對人員進行殺傷的能力。單個彈頭（或破片）的殺傷效應是評價整個槍彈殺傷威力的基礎。對彈頭、破片威力的合理評估，無論在戰術還是在技術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人體的殺傷作用是較為準確和經濟地評價彈頭殺傷威力的必由之路。

人體模型的由來

早期的人體模型多建立在動能判定基礎上，即我們所說的“動能判定標準”。如我國普遍采用的25mm厚松木板、西歐國家采用的41mm厚楊木板等均采用了動能判定模型。這種模型結構簡單，可操作性好，對單純的侵徹性能指標判定具有相當高的準確度，但對人體致傷效應的綜合評估卻顯得不足。到了20世紀50年代，威廉德·本森提出了一個動態人體數學模型，指出了人體不同側面的受彈面在實際過程中是不一致的，可以說這是立體人體模型的雛形。到了20世紀60年代，美國阿伯丁試驗場BRL彈道研究所提出了一種更切乎實際的人體模型，這種模型將人體分成了許多5mm×5mm×25mm的小長方單元體，把槍彈對人體的致傷過程抽象為槍彈對不同單元體的作用過程，這個模型考慮了人體的不對稱和不均勻特性，最后，這個模型演變成了美國計算機人體模型，并應用在槍彈（破片）的殺傷效能檢測和評估方面。由于美國在這方面技術保密，模型的具體操作細節不得其詳，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

模型的科學和實用的先決條件是對投射物致傷的準確描述和判斷。人體模型建立的依據如下：

a.充分認識槍彈彈頭（或破片）特征量及對人體損傷的特征量（傷道尺寸、能量釋放量、間接損傷等）之間的對應關系；

b.建立足夠細化的、能夠真實反映致傷效應的“真實”的人體模型；

c.按對創傷反應的輕重程度，細致、合理地劃分人體損傷部位；

d.合理、準確地建立各損傷部位的損傷權值；

e.科學、合理地建立各損傷部位之間的損傷權值關系，得出綜合損傷權值。

這樣，建立起來的人體模型才是真正的以創傷彈道學和創傷醫學為基礎的人體致傷模型。它從本質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算問題。利用此模型可以計算出任意情況下槍彈對人體的殺傷概率。

人體模型建立的方法

（1）標準模型樣板與CT定位

針對戰場人員特點，選用標準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不同國家和地區取統計平均值，姿態取標準立正姿勢。

采用CT掃描，對標準人體各斷面進行逐層掃描照相，確定各器官組織的解剖部位及其相互之間的關系。

（2）人體器官定位

借助于有限元，將標準人體模型樣板分為若干個立體單元，各單元體相互緊密、有序排列組成整個人體。各單元體為“均質”、唯一。

將人體CT照片以單元尺寸同比例放大，并分別確定在相應的多個單元體中。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、組織的空間相對位置和體積，解決了精確描述復雜人體的難題；另一方面，這種將人體離散化的方法符合計算上的要求，可以通過計算機對損傷的單元體進行計算。

（3）損傷部位的劃分與損傷權值的確定

創傷醫學研究和臨床實踐表明：人體各個部位對同一種投射物的創傷反應是不同的。基于此，我們按其各部分對創傷反應的不同程度進行劃分，并將分類結果標在每個相應的單元體上。這樣，經過對人體各部位的細致分析、研究共劃分出147處損傷部位。

不同損傷部位對戰斗力喪失的影響程度不同，據此，我們以損傷等級來劃分。按照創傷醫學上劃分，傷情分為四個等級——輕、中、重、極重，損傷權值范圍在0.0～1.0之間，如各等級損傷權值范圍可取：

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1mm×1mm×1mm的單元體，每個單元體又分為４個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。

建立人體模型數據庫及相關數據庫

將人體模型放入三維迪卡爾坐標系中（如圖1），按一定規律，建立單元序號與單元空間位置的對應關系以及根據創傷醫學，按不同器官、組織與創傷的傷情，建立損傷權值數據庫。

結束語

至此，人體模型數據庫和損傷權值數據庫共同組成計算機人體模型的全部。當然，最準確的人體模型應建立在最小單元體為幾何“點”的基礎上，即各單元體的體積為0。相信隨著CT照相技術和微機技術的提高，最終的人體計算機模型會更接近真實的人。◆

（編輯／魏開功）