影视作品中，CG形象越生动真实，越能给予观众带入感。霍比特人中的龙、少年派的奇幻漂流中的老虎在制作过程中，为了让CG形象运动起来的时候身上形变更加合理，动作更加贴合实际运动效果，建模团队会专门对其的肌肉和骨骼进行建模。

霍比特人2：史矛革之战 史矛革形象 （视频来源：[1]）

《少年派的奇幻漂流》的虚拟老虎 （图片来源：[2]）

当然肌骨模型的建立不止运用于影视行业，其在生物力学及医疗方面运用也极其广泛。

解决人类运动的千古谜题

人是如何站立的？又是如何行走的？自古以来，关于人类身体的奥秘吸引了无数人的探索、研究，对于这个生物力学问题，达芬奇就曾对此痴迷。

达芬奇研究肌骨的手稿 (图片来源：百度图片)

随着现代科技的发展，这些问题已经不在困扰着我们了，现在已经有了很多研究人体运动的方式。针对人体运动，身体节段运动、地面反作用力和肌肉运动可以通过非侵入性工具（包括动作捕捉、肌电图等）来测量或估计，但是一般还是需要侵入性手段来测量肌肉张力和关节接触力。

为此肌骨模型就提供了一种非侵入性的替代方案来计算这些量。人类的运动本就是一系列神经和肌肉生理过程的结果，这些过程对骨骼产生作用力，从而产生反作用，加速关节。其中驱动骨骼系统的主要力量是肌肉腱力。通过建立肌骨模型，再调节肌腱力，就可以模拟人类的运动。由此提出了一个关于运动生成的CNS测试模型的概念框架。

一个典型的动态肌肉骨骼系统的块图。 (图片来源：[3])

肌骨模型在医疗领域的运用

面对肌肉骨骼损伤的患者，单纯靠实验无法确定异常运动的来源，而且由于肌肉力量等重要变量通常无法测量，治疗方案设计也很有限。利用肌骨模型，通过肌肉驱动的动态模拟，可以确定肌肉骨骼之间如何相互作用，分析出肌肉骨骼系统中的内部负荷，从而确定出病理运动的来源，为治疗计划建立科学依据。该方案现已经广泛运用于检查脑瘫、中风、骨关节炎和帕金森氏症患者的运动异常。

腰椎肌肉评估

下背部疼痛被认为源于生物力学缺陷，出于这个原因，肌骨模型对于背部疼痛研究具有很大的现实意义。可以利用肌肉活动模式、关节力矩和力量、最佳的姿势等,可以用来判断脊柱肌肉结构以及脊柱和脊椎关节几何形状是否存在变异。

腰椎肌骨模型 （图片来源：[4]）

通过对脊椎肌骨模型进行运动学分析，能加深我们对慢性腰痛背后的病理和潜在治疗方法的理解，再通过对下腰疼痛受试者获得的运动学数据进行比较，从而确定可能的疾病根源。

颈椎肌肉评估

现在我们也在通过建立针对中国人的标准化颈椎肌骨模型，形成标准化的颈椎肌肉数据。

脊椎肌骨模型 （原创图片，侵权必究）

如上图所示，红色代表不同种类的肌肉纤维，白色代表骨骼。在该模型中，利用坐标函数，让颅骨三个主要关节进行运动，即俯仰关节、旋转关节和偏转关节。通过这些关节，我们可以模拟人的屈伸、侧屈和旋转运动。

我们通过检测受试者颈椎在不同方向上的屈曲、伸展、侧屈、旋转角度和颈部最大力量，再将其与上述标准肌骨模型的数据对比，生成客观、量化的评估报告，让临床上能对受试者颈椎功能情况有更清晰的认识。

相信在不久的将来，也会有更多的研究关注肌骨模型，不断完善人类和动物的肌骨模型，推动生物力学的发展，最终形成完备的生物肌骨模型。实现通过运动分析，即可诊断患者的肌骨病变根源，并生成针对性的治疗及康复方案。

[1] bilibili

[2] 网易娱乐

[3] Seth A, Sherman M, Reinbolt J A, et al. OpenSim: a musculoskeletal modeling and simulation framework for in silico investigations and exchange[J]. Procedia IUTAM. 2011, 2: 212-232.

[4] Miguel C, Nur A F S, Jeffrey C L, et al. A Musculoskeletal model for the lumbar spine[J]. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 2012, 11(1-2).