Οι αρχές μοντελοποίησης και προσομοίωσης μυοσκελετικών συστημάτων έχουν προσελκύσει έντονο ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες, επιτρέποντας την πρόβλεψη επιπτώσεων χειρουργικών επιλογών στη βελτίωση ή μη παθήσεων που προσβάλουν την κινητική λειτουργία του ανθρώπινου σώματος. Παρ΄ όλα αυτά, η εφαρμογή αυτών των μεθόδων στην κλινική πράξη είναι αρκετά περιορισμένη, διότι απαιτείται σύνθετος και ακριβός εξοπλισμός καταμέτρησης της κινητικής και δυναμικής κατάστασης του ασθενή ώστε να γίνει η κατάλληλη ανάλυση και μελέτη. Η εκτίμηση της εσωτερικής κατάστασης (π.χ. δυνάμεων μυών και αντίδρασης αρθρώσεων) δεν οδηγεί σε μοναδική λύση που να ικανοποιεί την καταγεγραμμένη κίνηση, γιατί το μυοσκελετικό σύστημα διέπεται από πλεονασμό βαθμών ελευθερίας. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχουν παραπάνω κινηματικοί βαθμοί ελευθερίας από όσους απαιτούνται για την εκτέλεση μιας κίνησης και κάθε βαθμός ελευθερίας επηρεάζεται από πολλούς μυς με αποτέλεσμα να υπάρχουν άπειροι συνδυασμοί μυϊκών δυνάμεων που να ικανοποιούν την ίδια κίνηση. Τελικά αυτό μας δημιουργεί τους εξής προβληματισμούς: ποια είναι η πραγματική λύση μυϊκών δυνάμεων και μήπως η επιλογή μιας αυθαίρετης λύσεις μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένα συμπεράσματα;Για τον σκοπό αυτό έγινε διεύρυνση των μεθόδων προβολής συντεταγμένων, οι οποίες μετασχηματίζουν τις εξισώσεις κίνησης σε κάποιο χώρο επιλογής, για τη μελέτη των μυοσκελετικών συστημάτων. Πιο αναλυτικά, μελετήθηκαν πέντε κατηγορίες προβολής συντεταγμένων: της προβολή στον χώρο της εργασίας, των αρθρώσεων, των μυών, των κινηματικών περιορισμών και του μηδενόχωρου. Η προβολή στον χώρο εργασίας απλοποιεί το πρόβλημα της σύνθεσης εικονικών σεναρίων προσομοίωσης, χωρίς απαραίτητα να χρειαστεί να γίνει η καταγραφή της κίνησης αλλά και της ηλεκτρομυϊκής διέγερσης. Η προβολή στον χώρο των αρθρώσεων είναι η βασική αναπαράσταση για τη μοντελοποίηση και ανάλυση των μυοσκελετικών συστημάτων. Η προβολή στον χώρο των μυών επιτρέπει τη δημιουργία διεπαφών του μυϊκού συστήματος και του ιδιοδεκτικού συστήματος αντανακλαστικών. Αντίστοιχα, η προβολή στον χώρο των κινηματικών περιορισμών επιτρέπει τον συνυπολογισμό των δυνάμεων που απαιτούνται για την ικανοποίηση των περιορισμών κατά την αντίστροφη δυναμική ανάλυση. Η μοντελοποίηση του πλεονασμού λύσεων των μυοσκελετικών συστημάτων μπορεί να επιτευχθεί βάσει του μηδενόχωρου. Η σύνθεση σεναρίων προσομοίωσης αποκλειστικά στον υπολογιστή καθιστά δυνατή τη διερεύνηση των επιπτώσεων χειρουργικών επιλογών στην αλλαγή της κινηματικής και δυναμικής του μυοσκελετικού συστήματος. Παράλληλα, η εκτίμηση των εφικτών λύσεων του συστήματος βάσει του μηδενόχωρου επιτρέπει τη ποσοτικοποίηση της αβεβαιότητας των προβλέψεων. Η παράλειψη των λύσεων μηδενόχωρου μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένα συμπεράσματα και ως εκ τούτου η παρούσα διατριβή θέτει τα θεμέλια για τη σωστή αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων.