The Science and Simulation of Human Performance, Volume 5 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Emerald Group Publishing Limited

作者:Ness, James W. (EDT)/ Tepe, Victoria (EDT)/ Ritzer, Darren R. (EDT)

出品人:

页数:628

译者:

出版时间:2004-12-30

价格:USD 117.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780762311415

丛书系列:

图书标签:

Human Performance
Simulation
Modeling
Biomechanics
Ergonomics
Human Factors
Physiology
Kinesiology
Sports Science
Virtual Reality

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具体描述

Simulations are often used in the military and other performance-critical fields (e.g., law enforcement, aviation, emergency management) to assess readiness, to support training, management, and decision making and to conduct mission rehearsal. This volume documents the state of the art and presents a state of the possible individual and small unit human performance research and simulation. Distinguished scientists from within the military, academe, government and private industry consider how best to gather and relate human performance data, and offer specific recommendations to advance the development of models and simulations of individual and small unit behavior. The result is a uniquely interdisciplinary volume that draws upon the knowledge and experience of recognized experts whose insights converge upon problems of common interest and relevance to researchers, analysts, and developers.

《人体性能的科学与模拟：第 5 卷》图书简介一部深入探索运动生物力学、生理学与计算建模前沿的权威巨著《人体性能的科学与模拟：第 5 卷》汇集了全球顶尖研究人员的最新成果，聚焦于将严谨的科学原理与尖端的计算模拟技术相结合，以期对人类运动和生理表现进行前所未有的深度解析。本书并非仅仅是对既有知识的简单回顾，而是一部面向未来的指南，它系统性地探讨了如何利用多尺度、多物理场耦合的模型，来理解、预测和优化复杂的人体性能系统。本卷内容深度覆盖了从分子、细胞水平的生物化学反应，到宏观的肌肉骨骼系统动力学，再到环境因素对整体表现的影响。本书旨在为生物力学专家、运动生理学家、生物工程师、临床康复师以及从事高性能运动训练的专业人士提供一个跨学科的、高度集成化的知识框架。 --- 第一部分：生物力学与运动分析的精进本部分着重于对运动过程进行精确量化和建模的最新方法论。我们超越了传统的二维运动捕捉，深入探讨了三维高频骨骼肌肉系统动力学的实时建模。 1.1 复杂接触与冲击载荷的有限元分析（FEA）本章详尽介绍了在高速冲击事件（如跌倒、碰撞或最大强度跳跃）中，软组织和骨骼结构所承受的应力-应变分布。重点阐述了非线性材料本构模型的改进，尤其是在模拟疲劳损伤和微结构损伤累积方面的突破。通过将超声波或MRI数据直接映射到FEA网格中，实现了患者特异性（Patient-Specific）的生物力学评估。讨论了如何将流体动力学（CFD）与固体力学（CSM）耦合，以准确模拟关节液和组织间液体的动态响应。 1.2 肌肉骨骼模型的计算效率与实时优化本节关注于提高复杂多关节系统动力学仿真的计算效率。我们介绍了基于信号处理和机器学习的参数识别技术，用以快速校准肌肉力量-长度-速度关系中的关键参数。探讨了如何利用图形处理器（GPU）加速技术，实现对复杂生物力学模型（如包含数百个自由度）的实时（Real-Time）反馈模拟，这对于闭环神经反馈训练系统至关重要。此外，还详细分析了基于传感器的运动数据融合技术，以弥补纯模型驱动预测的局限性。 --- 第二部分：生理过程的动态模拟与量化本卷的第二大支柱在于对人体内部生理过程的动态、时变建模，特别是能量代谢、神经调控与心血管系统的交互作用。 2.1 能量代谢网络的耦合建模本章深入探讨了从ATP水解到肌糖原消耗的完整代谢路径的数学描述。重点在于建立一个能够准确预测不同运动强度和持续时间下，有氧与无氧代谢系统转换点的模型。我们展示了如何整合代谢流分析（Metabolic Flux Analysis）的离线数据到动态生理模型中，以量化关键酶活性的变化及其对持续性能的限制作用。讨论了环境因素（如高海拔、高温）如何通过影响氧气输送和细胞色素氧化酶活性，来重塑整体能量效率。 2.2 心血管与呼吸系统的集成生理模型本节提供了多器官系统耦合（Multi-Organ System Coupling）的最新进展。核心内容包括对肺泡气体交换效率、血液动力学（特别是微循环阻力与血流再分配）的精确建模。我们着重分析了运动诱发的自主神经系统（ANS）反馈回路，如何通过交感和副交感神经的动态平衡来调节心输出量和外周血管张力，以确保工作肌群获得最优的氧气供应。针对耐力极限的研究，本章提出了一种新的模型来预测个体在达到最大耗氧量（VO2 max）极限时的呼吸频率与潮气量限制。 --- 第三部分：跨尺度模拟与性能预测本部分将前述的生物力学和生理学模型进行更高层次的集成，旨在实现对整体人体性能的综合预测与干预策略的制定。 3.1 神经肌肉控制与运动学习的计算模型本章超越了简单的驱动力生成，聚焦于中枢神经系统（CNS）对运动指令的规划与执行。我们详细阐述了基于强化学习和最优控制理论的运动规划模型，用以理解运动学习过程中效率的提高是如何通过改变脊髓反射和皮层输入权重来实现的。特别是对运动不确定性处理的建模，解释了运动员如何在预测不佳的环境中仍能保持高精度动作。 3.2 临床康复与个体化训练的模拟工具箱本卷最后一部分，将理论模型转化为实际应用工具。重点展示了数字孪生（Digital Twin）在运动科学中的构建方法。通过整合穿戴设备数据、影像学数据和生理反馈，构建出可实时更新的个体化性能模型。讨论了如何利用此模型来： 1. 优化康复路径：精确模拟不同康复干预（如特定剂量的负荷或节奏）对组织愈合速率和功能恢复的影响，以规避二次损伤风险。 2. 制定微调训练方案：预测不同训练负荷（频率、强度、持续时间）对最大力量、速度和耐力阈值的边际贡献，从而实现真正意义上的“个体化负荷管理”，避免过度训练综合征的发生。 --- 结语《人体性能的科学与模拟：第 5 卷》代表了该领域研究的前沿交汇点。它强调了从原子到系统层面的统一视角，并致力于提供可操作的、基于量化证据的预测框架。本书的内容不仅是描述性的，更是规范性的，它为下一代运动科学研究者和临床实践者提供了解析人类潜能的强大数学与计算工具。读者将从中获得构建复杂、高保真人体性能模拟系统的必要知识与方法论深度。