Спосіб переміщення віртуального об’єкта у віртуальному навколишньому середовищі без взаємних перешкод між його зчленованими елементами

1. Спосіб переміщення віртуального зчленованого об'єкта, шляхом виконання послідовності елементарних переміщень у віртуальному просторі (13) віртуального зчленованого об'єкта (10), що містить сукупність зчленованих елементів (11), зв'язаних між собою сукупністю зчленувань (12), з визначенням відносних положень зчленованих елементів (11) через кути зчленувань відповідно до ступенів свободи, причому спосіб включає такі етапи: - вирахування відстані взаємодії між даним зчленованим елементом (11с) та іншими зчленованими елементами (11) зчленованого об'єкта (10); 2 (19) 1 3 88757 4 зчленованого об'єкта (10) без зіткнень між його - поворот зчленованого елемента в даному зчлезчленованими елементами. нуванні (12а) на кут або кути, пропорційні згадано6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняєтьму куту або зазначеним кутам зчленування. ся тим, що додатково включає етап скасування 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що кут останнього елементарного руху в зазначеній поповороту вираховують за векторним добутком слідовності елементарних рухів за наявності зіткпершого й другого векторів. нення даного зчленованого елемента (11с) з ін10. Спосіб за п. 8 або 9, який відрізняється тим, шими зчленованими елементами (11) що елементарний кут або елементарні кути зчлезчленованого об'єкта (10). нування вираховують за скалярним добутком або 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняєтьскалярними добутками зазначеного векторного ся тим, що вказані етапи визначення першої і друдобутку й осі або осей ступенів свободи даного r зчленування. гої точок (P1, P2), визначення вектора ( v ) відве11. Спосіб за будь-яким з пп. 1-10, який відрізнядення й відведення даного зчленованого ється тим, що відведення зчленованого елемента елемента (11с) не здійснюють за відсутності зітквід інших зчленованих елементів зчленованого нення даного зчленованого елемента з іншими об'єкта здійснюють за допомогою фактора (34) зчленованими елементами зчленованого об'єкта. внутрішнього ковзання, що впливає на ступені 8. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняєтьсвободи зчленованого об'єкта. ся тим, що відведення даного зчленованого еле12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, який відрізнямента (11с) від інших зчленованих елементів (11) ється тим, що зчленований об'єкт визначається у зчленованого об'єкта (10) здійснюють обертальвіртуальному просторі своїм глобальним полоним рухом зчленування, що впливає на кожне зі женням і глобальною орієнтацією таким чином, що зчленувань (12), які належать до послідовності переміщення зчленованого об'єкта здійснюють за зчленувань, що передує даному зчленованому допомогою фактора притягання, що впливає на елементу, причому обертальний рух, який впливає глобальне положення і/або глобальну орієнтацію, на кожне зі зчленувань (12а), що належать до заі/або ступені свободи зчленованого об'єкта. значеної послідовності, включає такі етапи: 13. Спосіб за будь-яким з пп. 1-12, який відрізня- визначення першого вектора ( v1 ) між центром ється тим, що додатково включає етап перемізчленування даного зчленування (12а) і початкощення зчленованого об'єкта в режимі реального r вою точкою вектора ( v ) відведення; часу, здійснюваного оператором за допомогою керуючого фактора, що впливає на положення - визначення другого вектора ( v 2 ) між центром і/або орієнтацію, і/або ступені свободи зчленовазчленування даного зчленування (12а) і кінцевою r ного об'єкта. точкою вектора ( v ) відведення; r 14. Спосіб за будь-яким з пп. 1-13, який відрізня- вирахування кута ( q ) повороту, необхідного для ється тим, що зчленований об'єкт являє собою суміщення першого вектора з другим вектором; віртуальний манекен (10а), який переміщується по - вирахування елементарного кута або елементапідлозі віртуального простору, причому даний марних кутів повороту зчленування шляхом розкланекен визначається своїм положенням на згаданій r віртуальній підлозі, орієнтацією відносно вертикадання зазначеного кута повороту ( q ) по осі або льної осі, яка перпендикулярна зазначеній підлозі і осях, що визначають ступінь (ступені) свободи, що проходить через центр ваги манекена, і ступенями відповідає (відповідають) даному зчленуванню; свободи, що визначають сукупність його зчленованих елементів. Даний винахід належить до галузі імітації переміщення віртуального зчленованого об'єкта у віртуальному просторі. Винахід стосується, зокрема, попередження зіткнень зчленованих елементів зчленованого об'єкта з іншими його частинами. Моделювання у віртуальному просторі використовується в даний час у багатьох галузях, зокрема, в авіаційній і аерокосмічній промисловості. Наприклад, цифрові моделі часто використовують для оцінки взаємного впливу різноманітних елементів систем. Крім того, моделювання може використовуватися для імітації дій людини або роботи в певних умовах з метою наочного представлення, наприклад, переміщень, що їх має вчинити технік або робот для виконання таких дій. Ця методика корисна для підтвердження й оптимізації доступності певних елементів устаткування, наприклад, двигуна літака, що вимагають регулярного огляду й обслуговування. Таким чином, моделювання з використанням віртуального зчленованого об'єкта дозволяє контролювати ступінь досяжності різноманітних елементів конструкції вже на стадії їхнього моделювання. Віртуальний зчленований об'єкт являє собою сукупність цифрових даних, що визначають кінематичну систему, характеризовану декількома зчленованими елементами, яким відповідає певна кількість ступенів свободи. Таким чином, кожного моменту віртуальний зчленований об'єкт може бути визначений своєю загальною позицією та орієнтацією в метричному просторі й значеннями ступенів свободи своїх зчленувань (суглобів). Ці дані, а також параметри, які визначають простір, у якому знаходиться віртуальний зчленований об'єкт, можуть бути збережені на носії цифрових даних. Відомі застосування віртуальних зчленованих об'єктів у використаннях такого роду. 5 88757 6 Один з прикладів такого застосування навотю за умови оптимального часу, що витрачається диться у статті Chedmail, Damay et Le Roy, під нана вирахування. звою "Réalité virtuelle, maquette numérique du В оптимальному варіанті згадані етапи вираproduit, outils de distribution et partage de la хування відстані взаємодії, визначення першої і conception", Journees Priméca, La Plagne, 7-9 avril другої точок, визначення вектора відведення і від1999. ведення даного зчленованого елемента повторюУ цій статті пропонується спосіб оцінки легкоються для кожного із зчленованих елементів зчлесті монтажу й демонтажу об'єктів у загромадженонованого об'єкта з метою запобігання зіткнення му просторі за допомогою моделі переміщення кожного зчленованого елемента з рештою частин двох віртуальних зчленованих рук або віртуальнозчленованого об'єкта. го манекена у віртуальному просторі. Таким чином, зчленовані елементи ковзають Цей спосіб дозволяє манекену переміщуватиодин по одному без внутрішніх зіткнень. ся в просторі, загромадженому перешкодами, не Спосіб за винаходом додатково включає етап стикаючись з цими перешкодами. визначення наявності зіткнення даного зчленоваПри цьому, проте, поза самого манекена в ного елемента з іншими зчленованими елементапроцесі його переміщення може бути будь-якою, ми зчленованого об'єкта, проведений після кожнощо може призвести до зіткнення якоїсь із кінцівок го елементарного руху в послідовності манекена з іншими частинами його тіла. Ця обстаелементарних рухів. вина знижує точність імітації переміщень манекеЗа першим варіантом здійснення винаходу на. відстань взаємодії відповідає глибині проникнення Задача, на вирішення якої спрямовано даний таким чином, що вектор відведення дорівнює різвинахід, полягає в усуненні вищеописаних хиб і в ниці координат другої точки й першої точки, припропозиції способу, що дозволяє імітувати перечому дана глибина проникнення забезпечує можміщення або маніпуляції зчленованого об'єкта з ливість переміщення зчленованого об'єкта з попередженням зіткнень якогось зчленованого обмеженими й контрольованими зіткненнями між елемента з іншими зчленованими елементами його зчленованими елементами. зчленованого об'єкта за умови оптимізації часу За другим варіантом здійснення винаходу відрозрахунків. стань взаємодії відповідає мінімальній відстані Іншою задачею є попередження взаємних зітаким чином, що вектор відведення дорівнює різткнень усіх зчленованих елементів зчленованого ниці координат першої точки й другої точки, приоб'єкта шляхом забезпечення ковзання різноманічому дана мінімальна відстань забезпечує можлитних зчленованих елементів один по одному. вість переміщення зчленованого об'єкта без Для вирішення поставлених задач пропонузіткнень між його зчленованими елементами. ється спосіб переміщення віртуального зчленоваСпосіб додатково включає етап скасування ного об'єкта у віртуальному просторі виконанням останнього елементарного руху в зазначеній поелементарних переміщень. Зчленований об'єкт слідовності елементарних рухів за наявності зіткмістить сукупність зчленованих елементів, зв'язанення даного зчленованого елемента зіншими них між собою сукупністю зчленувань, а відносні зчленованими елементами зчленованого об'єкта. положення зчленованих елементів визначені куВ оптимальному варіанті зазначені етапи витами зчленувань відповідно до ступенів свободи. значення першої і другої точок, визначення вектоСпосіб за винаходом включає такі етапи: ра відведення й відведення даного зчленованого - вирахування відстані взаємодії між даним елемента не здійснюють за відсутності зіткнення зчленованим елементом та іншими зчленованими даного зчленованого елемента з іншими зчленоелементами зчленованого об'єкта; ваними елементами зчленованого об'єкта. - визначення по зазначеній відстані взаємодії Відведення даного зчленованого елемента від першої точки, що належить даному зчленованому інших зчленованих елементів зчленованого об'єкелементу, і другої точки, що належить одному з та може здійснюватися обертальним рухом зчлеінших зчленованих елементів зчленованого об'єкнування, що впливає на кожне зі зчленувань, що та; належать до послідовності зчленувань, яка пере- визначення по першій і другій точкам єдиного дує даному зчленованому елементу, причому обевектора відведення; ртальний рух, що впливає на кожне із зчленувань, - відведення даного зчленованого елемента що належать до згаданої послідовності, включає від інших зчленованих елементів зчленованого такі етапи: об'єкта за допомогою руху, визначеного відповідно - визначення першого вектора між центром до єдиного вектора відведення і який впливає на зчленування даного зчленування й початковою ступені свободи зчленованого об'єкта з метою точкою вектора відведення; запобігання зіткнення даного зчленованого елеме- визначення другого вектора між центром нта з іншими зчленованими елементами зчленозчленування даного зчленування й кінцевою точваного об'єкта. кою вектора відведення; Таким чином, спосіб за винаходом попереджує - вирахування кута повороту, необхідного для зіткнення даного зчленованого елемента з іншими суміщення першого вектора з другим вектором; зчленованими елементами зчленованого об'єкта, - вирахування елементарного кута або елемевикористовуючи єдине вирахування відстані взаєнтарних кутів повороту зчленування шляхом розмодії. кладання кута повороту по осі або вісях, що виЦе забезпечує можливість моделювання пезначають ступінь (ступені) свободи, що відповідає реміщення зчленованого об'єкта з високою точніс(відповідають) даному зчленуванню; 7 88757 8 - поворот зчленованого елемента в даному - Фіг.5В являє собою модифікацію Фіг.5А; зчленуванні на кут або кути, пропорційні зазначе- Фіг.6 украй схематично ілюструє архітектуру ному куту або зазначеним кутам зчленування. багатофакторної системи, використовуваної для Кут повороту може бути вирахуваний за векпереміщення зчленованого об'єкта відповідно до торним добутком першого й другого векторів. винаходу. Елементарний кут або елементарні кути зчлеНа Фіг.1 зображена система, яка може бути нування вираховують за скалярним добутком або використана для моделювання переміщень зчлескалярними добутками зазначеного векторного нованого об'єкта. Ця система містить робочу стандобутку й осі або осей ступенів свободи даного цію або комп'ютер 1, що має гарні графічні харакзчленування. теристики й використовується для виконання За одним з варіантів здійснення винаходу відкомп'ютерної програми, розробленої для здійсненведення зчленованого елемента від інших зчленоня способу за винаходом. ваних елементів зчленованого об'єкта може здійсКомп'ютер 1 містить звичайні для пристроїв нюватися за допомогою фактора внутрішнього такого типу апаратні засоби. Конкретніше, комп'юковзання, що впливає на ступені свободи зчленотер містить центральний блок 2, який виконує пованого об'єкта. слідовності команд програмного забезпечення, що В оптимальному варіанті зчленований об'єкт відповідає способу за винаходом, центральний визначається у віртуальному просторі своїм глозапам'ятовуючий пристрій 3, що зберігає дані вибальним положенням і глобальною орієнтацією користовуваних програм, носії цифрових даних таким чином, що переміщення зчленованого об'єк(жорсткий диск, дисковід 4 для компакт-дисків, та здійснюють за допомогою фактора притягання, дисковід для гнучких дисків тощо), які забезпечущо впливає на глобальне положення і/або глобають тривале збереження даних і програмного зальну орієнтацію, і/або ступені свободи зчленовабезпечення, периферійні пристрої вводу (клавіаного об'єкта. туру 5, мишу 6 типу "2D" або "3D", джойстик тощо). Спосіб може додатково містити етап переміДо складу комп'ютера входять також периферійні щення зчленованого об'єкта в режимі реального пристрої виводу (екран 7, стереоскопічні шоломи часу, здійснюваного оператором за допомогою або окуляри тощо), які забезпечують відображення керуючого фактора, що впливає на положення переміщень зчленованого об'єкта. і/або орієнтацію, і/або ступені свободи зчленоваЗрозуміло, для збільшення обчислювальних ного об'єкта. потужностей моделювання за винаходом може Згідно з одним із аспектів винаходу, зчленоваздійснюватися на декількох робочих станціях, що ний об'єкт являє собою віртуальний манекен, який працюють паралельно. переміщується по підлозі віртуального простору. На Фіг.2А вкрай схематично зображений віртуПри цьому даний манекен визначається своїм поальний зчленований об'єкт 10, визначений сукупложенням на зазначеній віртуальній підлозі, орієнністю зчленованих елементів 11, з'єднаних між тацією щодо вертикальної осі, перпендикулярної собою зчленуваннями 12. зазначеній підлозі і яка проходить через центр Зчленований об'єкт 10 додатково визначаєтьваги манекена, і ступеням свободи, що визначася деревоподібною структурою зчленувань таким ють сукупність його зчленованих елементів. чином, що зчленовані елементи 11 і зчленування Винахід також охоплює комп'ютерну програму, 12 можуть бути віднесені по відомих методиках до розроблену для здійснення вищеописаного спосотієї або іншої послідовності зчленувань. бу шляхом її виконання на комп'ютері. Кожне зчленування 12 може містити декілька Інші особливості й переваги способу й системи осей, що визначають декілька ступенів свободи, за винаходом стануть ясні з нижченаведеного дотим самим дозволяючи визначити внутрішній стан кладного опису, поданого без накладання жодних зчленованого об'єкта 10 як сукупність декількох обмежень з посиланнями на додані креслення. На ступенів свободи. Наприклад, на Фіг.2А подано кресленнях: зчленування 12а, що містить три осі, які визнача- Фіг.1 зображує в перспективі апаратні засоби, ють три ступені свободи, зв'язані з цим зчленуванякі служать для здійснення способу за винаходом; ням 12а. - Фіг.2А вкрай схематично ілюструє віртуальТаким чином, відносне положення зчленований зчленований об'єкт, що містить відповідно до них елементів 11 у кожний момент може бути вивинаходу сукупність зчленованих елементів; значено сукупністю кутів зчленувань відповідно до - Фіг.2В зображує один з варіантів Фіг.2А; сукупності ступенів свободи зчленованого об'єкта - Фіг.3А вкрай схематично ілюструє вектор від10. ведення, визначений згідно з винаходом у режимі Крім того, зчленованому об'єкту 10 може бути мінімальної відстані; приписана локальна система координат, точка - Фіг.3В украй схематично ілюструє вектор відвідліку якої знаходиться в його центрі G ваги. ведення, визначений відповідно до винаходу в Зокрема, ця локальна система координат моr режимі глибини проникнення; же містити єдину вісь Z , що проходить через - Фіг.4 вкрай схематично ілюструє рух відвецентр G ваги зчленованого об'єкта 10. дення відповідно до винаходу, що діє на рівні одЗчленований об'єкт 10 може пересуватися у ного конкретного зчленування зчленованого об'єквіртуальному просторі 13, який може бути загрота; маджено декількома об'єктами або перешкодами - Фіг.5А являє собою блок-схему, яка ілюструє 13а, 13b і 13с, причому зчленований об'єкт 10 моосновні етапи переміщення зчленованого об'єкта же за відомими методиками уникати зіткнення з відповідно до винаходу; ними в процесі свого переміщення. 9 88757 10 Таким чином, зчленований об'єкт 10 і оточуюСлід зазначити, що відстань взаємодії може чий його простір можуть бути визначені в метричвідповідати мінімальній відстані між двома об'єкному просторі (О; х, у, z), відносно якого положентами або глибині їхнього взаємного проникнення. ня й орієнтація зчленованого об'єкта 10 і На Фіг.3А і 3В ілюструється визначення відрізноманітних об'єктів 13а, 13b і 13с оточуючого стані взаємодії між даним зчленованим елементом його простору 13 можуть бути визначені очевид11с зчленованого об'єкта 10 і одним з інших зчленим чином. нованих елементів 11d зчленованого об'єкта 10. Отже, крім відносного положення сукупності Зокрема, приклад, поданий на Фіг.3А, зобразчленованих елементів 11, для зчленованого об'жує критерій мінімальної відстані між даним зчлеєкта 10 у кожний момент також можуть бути винованим елементом 11с і одним з інших зчленовазначені глобальні положення й глобальна орієнтаних елементів 11d зчленованого об'єкта 10, а ція. також точки Р1 і Р2, що визначають цю мінімальна Глобальне положення зчленованого об'єкта 10 відстань. може бути визначено декартовими координатами Далі, приклад, поданий на Фіг.3В, зображує його центру G ваги по осях х, у, z. критерій глибини взаємного проникнення даного Глобальна орієнтація може бути визначена за зчленованого елемента 11с і одного з інших зчлевідомою методикою трьома кутами, що визначанованих елементів 11d зчленованого об'єкта 10, а ють орієнтацію приписаної до зчленованого об'єктакож точки Р1 і Р2, які визначають цю глибину r проникнення. та осі Z відносно осей х, у, z. Таким чином, вирахування відстані взаємодії Зрозуміло, також слід враховувати параметри дозволяє визначити точку Р1, у подальшому описі або обмеження, що накладаються границями рухів називану "першою точкою", що належить даному зчленувань і фізичними зв'язками між різними часзчленованому елементу 11с зчленованого об'єкта тинами тіла, або елементами 11 зчленованого 10, і другу точку Р2, в подальшому описі називану об'єкта 10. "другою точкою", що належить одному з інших Ці дані й перемінні, що визначають зчленовазчленованих елементів 11d зчленованого об'єкта ний об'єкт 10, а також параметри, що визначають 10. оточуючий його простір 13, зберігаються в запаЦе дозволяє визначити по цих точках по перм'ятовуючому пристрої 3 комп'ютера 1. r шій точці Р1 і другій точці Р2 єдиний вектор V Як показано на Фіг.2В, зчленований об'єкт мовідведення. же, зокрема, являти собою віртуальний манекен Відповідно до методу, заснованого на вираху10а, що переміщується по підлозі у віртуальному r просторі 13. ванні мінімальної відстані (Фіг.3А), вектор V відУ цьому випадку манекен 10а може бути виведення дорівнює різниці координат першої точки значений кутами зчленувань, що визначають сукуΡ1 і другої точки Р2. Іншими словами, друга точка r пність його зчленованих елементів, своїм полоР2 утворює початкову точку вектора V відведенженням на віртуальній підлозі та орієнтацією щодо ня, а перша точка Р1 утворює кінцеву точку вектоr вертикальної осі Z1 , перпендикулярної вказаній ра V відведення. підлозі і яка проходить через центр G ваги манеВ той же час, відповідно до методу, засновакена 10а. ного на вирахуванні глибини проникнення (Фіг.3В), Зчленований об'єкт 10, наприклад манекен r 10а, по відомій методиці може бути переміщений у вектор V відведення дорівнює різниці координат віртуальному просторі 13 за допомогою послідовдругої точки Р2 і першої точки P1. Іншими слованості елементарних рухів, наприклад, щоб досягти ми, перша точка Р1 утворює початкову точку векr певної цілі 13с. тора V відведення, а друга точка Р2 утворює кінr Так, для створення траєкторії, що дозволяє цеву точку вектора V відведення. зчленованому об'єкту 10 досягти цілі 13с, можна Нарешті, для попередження зіткнення даного впливати на глобальне положення зчленованого зчленованого елемента 11 с з іншими зчленоваоб'єкта 10, використовуючи заздалегідь визначеними елементами 11 зчленованого об'єкта 10 цей ний крок зміни глобального положення, і/або на даний зчленований елемент 11с може бути відвеорієнтацію зчленованого об'єкта, використовуючи дений від інших зчленованих елементів 11 рухом, заздалегідь визначений крок зміни орієнтації, і/або визначеним відповідно до єдиного вектора V відна ступені свободи зчленованого об'єкта, викорисведення і який впливає на ступені свободи зчлетовуючи заздалегідь визначений крок переміщеннованого об'єкта 10. ня зчленувань Da. На Фіг.4 зображено рух відведення даного Щоб попередити внутрішні зіткнення даного зчленованого елемента 11 с зчленованого об'єкта зчленованого елемента з іншими зчленованими 10 за методом мінімальної відстані, але, зрозуміелементами 11 зчленованого об'єкта 10, необхідно ло, принцип залишається тим самим для методу визначити критерій зіткнення. глибини проникнення. Критерій зіткнення яких-небудь двох об'єктів Цей рух відведення являє собою обертальний може бути визначений по відомій методиці шлярух зчленувань, що впливає на ступені свободи хом вирахування відстані взаємодії цих двох об'єкзчленованого об'єкта 10. тів. Цей критерій зіткнення також може визначити Слід зазначити, що рух відведення даного точки, що відповідають цій відстані взаємодії. зчленованого елемента 11с від інших зчленованих елементів зчленованого об'єкта 10 утворюється 11 88757 12 r обертальними рухами зчленувань, у яких беруть У даному прикладі кут q повороту розкладаучасть усі зчленування 12, що належать до посліють на три елементарні кути qi повороту зчленудовності зчленувань, що передують елементу 11 с вання навколо осей xa , y a , za . зчленованого об'єкта 10, до якого відноситься визначена вище перша точка Р1. У даному прикладі Елементарні кути qi повороту зчленувань модруга точка Р2 відноситься до одного з інших жуть бути вирахувані за зчленованих елементів 11d. скалярними добутками розрахованого вище Наприклад, якщо зчленований об'єкт являє векторного добутку й осі або осей ступенів свобособою віртуальний манекен 10а, а відстань взаєди даного зчленування 12а. модії даного зчленованого елемента 11с з іншими Нарешті, зчленований елемент, зв'язаний з зчленованими елементами зчленованого об'єкта даним зчленуванням, повертається на кут або кути 10 визначено першою точкою Р1, що знаходиться ai, пропорційні зазначеним елементарним кутам qi на передпліччі, то послідовність зчленувань вклюповороту зчленування. чає лікоть, плече і ключицю. Іншими словами, Елементарні кути qi повороту зчленування нообертальний рух зчленувань вираховується таким рмуються розмірами, що відповідають кроку Da чином, щоб впливати на всі зчленування 12 руки, переміщення зчленування. що передують передпліччю. Якщо ж перша точка Зчленований елемент повертається в даному Р1 відноситься до плеча, послідовність зчленузчленуванні 12а на кут або кути ai, обумовлені за вань включає тільки зчленування плеча і ключиці. такою формулою: Якщо перша точка Р1 відноситься до кисті руки, то в послідовність включаються всі зчленування 12 r руки, тобто ця послідовність включає зап'ястя, x ×q ai = sin-1 i , i = a, b, c лікоть, плече і ключицю. Da Таким чином, для кожного зчленованого об'єкта 10 послідовність суглобів залежить від зчленоЗрозуміло, ті самі вищеописані етапи повинні ваного елемента цього зчленованого об'єкта 10, бути здійснені для всіх зчленувань 12а, 12b і 12с, який містить першу точку Р1. що утворюють розглядувану послідовність зчленуЗокрема, у прикладі, поданому на Фіг.4, покавань. r заний обертальний рух, що впливає на дане зчлеВикористання єдиного вектора відведення V , нування 12а, що є частиною послідовності зчленурозрахованого виходячи з мінімальної відстані або вань 12а, 12b і 12с. глибини проникнення, дозволяє запобігти зіткненЦей обертальний рух, що впливає на дане ню даного зчленованого елемента 11с з іншими зчленування 12а, може бути визначений за допозчленованими елементами 11 зчленованого об'єкмогою таких етапів. та 10. Це підвищує точність переміщень зчленоваВизначають перший вектор V1 , що з'єднує ного об'єкта 10 при використанні оптимальної кільцентр зчленування даного зчленування 12а і почакості обчислень. r Дійсно, для відведення даного зчленованого ткову точку вектора V відведення. В даному приr елемента 11с від інших зчленованих елементів 11 кладі початковою точкою вектора V відведення є зчленованого об'єкта 10 за винаходом використодруга точка Р2, проте за способом глибини пронивується єдине вирахування мінімальної відстані кнення цією точкою була б перша точка Р1. або глибини проникнення. Аналогічним чином визначають другий вектор Крім того, для попередження зіткнень кожного V 2 , що з'єднує центр зчленування даного зчленузчленованого елемента 11 з іншими частинами r зчленованого об'єкта 10 вищеописані етапи обчивання 12а і кінцеву точку Ρ1 вектора V відведенслень відстані взаємодії, виділення першої і другої ня. r точок, визначення вектора відведення й відведенПотім вираховують кут q повороту, необхідноня зчленованого елемента повторюють для кожного зчленованого елемента 11 зчленованого об'єкта го для суміщення першого вектора V1 і другого r 10. вектора V 2 . Кут q повороту може бути вирахуваЗокрема, даний зчленований елемент 11с моний з використанням векторного добутку першого же бути вибраний у певній підмножині даних зчленованих елементів 11, що складають зчленований вектора V1 і другого вектора V 2 за такою фороб'єкт 10. мулою: Дійсно, деякі із зчленованих елементів можуть бути корельовані таким чином, що їхні відносні r V1´ V 2 переміщення залежать одне від одного, й ці елеq= V1× V 2 менти не приходять у зіткнення один з одним. У цьому випадку достатньо вибрати даний зчленоr ваний елемент у підмножині, що містить лише Цей кут q повороту розкладають на один або зчленовані елементи, рухи яких не залежать один декілька елементарних кутів qi повороту зчленувід одного. вання навколо осі або осей, які визначають ступінь Наприклад, в разі манекена 10а можна вважаабо ступені свободи, що відповідають даному ти, що ноги зв'язані одна з одною, а зіштовхуватизчленуванню 12а зчленованого об'єкта 10. ся одна з одною або іншими частинами манекена 10а можуть тільки руки. 13 88757 14 На Фіг.5А подана блок-схема, що ілюструє оста 10, після чого відбувається повернення до етановні етапи моделювання переміщення зчленовапу S1. ного об'єкта 10 з попередженням внутрішніх взаєНа Фіг.5В зображений варіант блок-схеми за мних зіткнень його зчленованих елементів 11. Фіг.5А, застосовний винятково за методом обчисНа етапі S0 відбувається ініціалізація програлень з використанням глибини проникнення. ми й визначення певних параметрів. Наприклад, Блок-схема, подана на цьому кресленні, переініціалізується лічильник тактових сигналів або важно збігається з блок-схемою за Фіг.5А, але не етапів обчислень моделювання. містить етапу S4. Аналогічним чином на етапі S0 можуть бути Таким чином, при виявленні на етапі S2 зітквизначені елементарні зміни позиції, орієнтації і нення відбувається негайний перехід до етапу S5 відведення даного зчленованого елемента від зчленувань Da. Наприклад, можуть бути визначені інших зчленованих елементів зчленованого об'єкрізноманітні кроки залежно від характеристик та без скасування останнього елементарного пезчленування 12. Також може бути вибраний оптиреміщення, що забезпечує можливість невеличкомальний постійний крок для всіх зчленувань 12 го взаємного проникнення даного зчленованого протягом усього руху зчленованого об'єкта 10. елемента та інших зчленованих елементів зчленоНа етапі S1 здійснюється обчислення елеменваного об'єкта. тарного руху зчленованого об'єкта 10. Переміщення віртуального зчленованого об'На етапі S2 виконується перевірка на наявєкта 10 у віртуальному просторі може бути здійсність зіткнення даного зчленованого елемента з нене за допомогою "багатофакторної" системи або одним або декількома іншими зчленованими елебудь-якої іншої відомої системи. ментами зчленованого об'єкта 10. Критерій зіткЯк украй схематично показано на Фіг.6, для нення залежить від розміру відстані взаємодії. моделювання переміщення зчленованого об'єкта Іншими словами, при використанні методу, за10 може бути використана архітектура багатофакснованого на мінімальній відстані, зіткнення можна торної системи 50. Ця багатофакторна система 50 вважати таким, що сталося, якщо ця мінімальна утворена сукупністю активних елементів (фактовідстань менша або дорівнює певній граничній рів) 20, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 33, 34 і 35, що впливідстані, яка може дорівнювати нулю, щоб забезвають на пасивні об'єкти (елементи 11 і зчленупечити можливість переміщення зчленованого вання 12), що утворюють зчленований об'єкт 10, об'єкта 10 без зіткнень між даним зчленованим відповідно до оточуючого його простору. елементом і іншими зчленованими елементами Дані (перемінні) зчленованого об'єкта 10 і отозчленованого об'єкта 10. чуючого його простору утворюють загальні дані 15, На відміну від цього, при використанні методу, через які взаємодіють різноманітні фактори. заснованого на глибині проникнення, зіткнення Архітектура багатофакторної системи може можна вважати таким, що сталося, якщо ця глибибути здійснена у формі декількох етапів або рівнів, на більша або дорівнює певній граничній глибині у вигляді піраміди, так що основні фактори внопроникнення. сять свій внесок у дії факторів більш високого рівТаким чином, залежно від вибору цього граниня. чного значення, можна, з одного боку, забезпечити У даному прикладі багатофакторна система 50 переміщення зчленованого об'єкта 10 без внутрімістить перший рівень 51, другий рівень 52 і третій шніх зіткнень або, з іншого боку, забезпечити перівень 53. реміщення зчленованого об'єкта 10 з обмеженими Перший рівень 51 ілюструє вплив (або глобай контрольованими зіткненнями між його зчленольний вплив) на зчленований об'єкт 10 і містить ваними елементами. В цьому останньому випадку внесок першого глобального фактора 20 і внесок можливе моделювання певної пластичності зчледругого глобального фактора 30, що впливають на нованих елементів при їхньому взаємному зіткзчленований об'єкт 10 через загальні дані 15. ненні. Перший глобальний фактор 20 впливає на поЯкщо відповідно до критерію етапу S2 зіткненложення й орієнтацію зчленованого об'єкта 10, а ня відсутнє, на етапі S3 переміщення зчленованодругий глобальний фактор 30 впливає на внутріго об'єкта 10, вирахуване на етапі S1, відображашні ступені свободи зчленувань 12 зчленованого ється, наприклад, на екрані 7 комп'ютера 1, після об'єкта 10. чого відбувається повернення до того ж етапу S1 Другий рівень 52 ілюструє різноманітні внески, для вирахування наступного елементарного перещо надходять від факторів різних типів, що пороміщення. джують внески першого і другого глобальних факТаким чином, дії на вибір першої і другої точок, торів 20 і 30 і взаємодіючих через загальні дані 15. визначення вектора відведення й відведення Так, переміщення зчленованого об'єкта 10 зчленованого елемента на етапі S3 не виконуютьможе бути здійснене за допомогою фактора притяся. гання, який впливає на глобальне положення і/або В той же час, за наявності зіткнення на етапі глобальну орієнтацію, і/або сукупність ступенів S4 здійснюється скасування елементарного пересвободи зчленованого об'єкта. міщення, вирахуваного на етапі S1. Крім того, відведення даного зчленованого Потім, на етапі S5, розраховується рух, визнаелемента від інших зчленованих елементів 11 чений на основі єдиного вектора відведення і який зчленованого об'єкта 10 може бути здійснене за впливає на ступені свободи зчленованого об'єкта допомогою фактора внутрішнього ковзання, що для відведення даного зчленованого елемента від впливає на сукупність ступенів свободи зчленоваінших зчленованих елементів зчленованого об'єкного об'єкта. 15 88757 16 Далі, по відомій методиці відведення зчленозчленованого елемента та інших елементів зчлеваного об'єкта 10 від елементів оточуючого його нованого об'єкта, впливаючи на ступені свободи простору може бути здійснене за допомогою факзчленованого об'єкта 10. тора ковзання, що впливає на глобальне полоПри використанні методики, заснованої на міження і/або глобальну орієнтацію, і/або сукупність німальній відстані, в разі безпосереднього наблиступенів свободи зчленованого об'єкта. ження зіткнення запобігається шляхом відведення Таким чином, другий рівень 52 багатофакторданого зчленованого елемента від інших зчленоної системи 50 може містити фактор 21 відштовхуваних елементів зчленованого об'єкта після відмівального ковзання, який впливає на глобальне ни переміщення, що веде до зіткнення. положення і/або на глобальну орієнтацію зчленоЗа використання методики, заснованої на гливаного об'єкта 10, фактор 22 притягання, що вплибині проникнення, в разі неглибокого проникнення ває на глобальне положення і/або на глобальну відведення даного зчленованого елемента від орієнтацію зчленованого об'єкта 10, фактор 31 інших зчленованих елементів зчленованого об'єккінематичного ковзання, що впливає на внутрішні та здійснюється без відміни переміщення, що веде ступені свободи зчленування 12 зчленованого до цього неглибокого проникнення. Це дозволяє об'єкта 10, і фактор 32 кінематичного притягання, моделювати пластичність оболонки зчленованого що впливає на внутрішні ступені свободи зчленуоб'єкта. Таким чином, у випадку манекена можна вання 12 зчленованого об'єкта 10. моделювати певний ступінь пружності тіла манеТретій рівень може містити фактор 34 внутрікена. шнього ковзання і фактор 35 ковзання по переКрім того, зчленований об'єкт 10 може пересушкоді, які взаємодіють через загальні дані 15 і виватися оператором, що впливає на положення значають внесок фактора 31 кінематичного і/або орієнтацію, і/або ступені свободи цього зчлековзання. нованого об'єкта, в режимі реального часу. Фактор 35 ковзання по перешкоді запобігає зіТак, другий рівень 52 багатофакторної систеткненню зчленованого об'єкта з елементами отоми 50 може також мати глобальний керуючий факчуючого його простору, впливаючи на ступені свотор 23, що впливає на глобальне положення і/або боди зчленованого об'єкта 10. глобальну орієнтацію зчленованого об'єкта 10, і Таким чином, фактор 34 внутрішнього ковзанвнутрішній керуючий фактор 33, що впливає на ня дозволяє забезпечити відсутність зіткнень або внутрішні ступені свободи зчленувань 12 зчленонадмірно глибокого взаємного проникнення даного ваного об'єкта 10. 17 88757 18 19 88757 20 21 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 88757 Підписне 22 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601