Система графічного інтерфейсу

1. Система графічного інтерфейсу для керування ступенями свободи віртуального манекена в динамічному середовищі, причому манекен має частини тіла із зчленуваннями зі ступенями свободи, яка відрізняється тим, що включає: засіб відображення, засіб вибору для виділення точки на засобі відображення і впливу на неї, та засоби обробки для керування на засобі відображення манекеном у першому вікні, причому згадані засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору для керування в другому вікні відображенням вибраної частини тіла манекена, зображеного в першому вікні, а вибрана частина тіла містить символи, що відображають її ступені свободи, та тим, що засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору, що вибирають символ для ступеня свободи в другому вікні, шляхом блокування або розблокування відповідного ступеня свободи. 2 (19) 1 3 зображують контур 82054 вибраної частини тіла Даний винахід належить до галузі імітації ручних операцій за допомогою віртуального манекена (моделі людського тіла). Більш конкретно, винахід стосується підбору параметрів і керування рухами частин тіла віртуального манекена в процесі такої імітації. В даний час віртуальні образи розроблюваних об'єктів використовуються в багатьох галузях, наприклад, в авіаційній або аерокосмічній промисловості, з метою мінімізації коштів і термінів, що витрачаються на розробки (виготовлення експериментальних зразків і досліди). Таке моделювання має перевагу в тому, що з ним пов'язані менші витрати коштів і часу, ніж з можливими поверненнями до більш ранніх стадій розробки. Моделювання об'єктів у віртуальній реальності дозволяє також здійснювати різноманітні імітації, необхідні для перевірки властивостей розроблюваних об'єктів. Втім, моделювання й імітація не обмежуються тільки розроблюваними об'єктами. Вони також можуть використовуватися для імітації дій людини в заданих умовах для наочного зображення переміщень і положень, необхідних спеціалістові для виконання тих або інших дій. Це може бути корисно для перевірки й оптимізації доступності деяких деталей пристроїв, що потребують регулярного огляду й обслуговування, - наприклад авіаційного двигуна. Таким чином, доступ до різноманітних елементів пристрою можна контролювати віртуально, використовуючи модель цього пристрою й імітацію з використанням віртуального манекена. Відомі приклади використання віртуального манекена в застосуваннях такого типу, як, наприклад, у випадку програмного забезпечення "Catia" компанії Dassault-Systèmes. Це програмне забезпечення дозволяє здійснювати імітації з використанням віртуального манекена, керуючи рухом частин його тіла і впливаючи на ступені свободи, пов'язані з кожною частиною тіла. Дійсно, для отримання реалістичної імітації з використанням віртуального манекена необхідно забезпечити відповідність рухів кожної частини його тіла до ступенів свободи, пов'язаних з відповідною частиною тіла. Крім того, залежно від зовнішніх умов (перешкод, положення манекена, близькості небезпечних для оператора чинників), ці ступені свободи можуть бути додатково обмежені. Тому для одержання імітації, що враховує зовнішні умови, необхідно мати можливість блокування/розблокування частин тіла або деяких з їхніх ступенів свободи. У відомому рішенні керування ступенями свободи кожної частини тіла або їхнє блокування/розблокування здійснюється по черзі. Іншими словами, для кожного ступеня свободи здійснюється його вибір або введення його номера, після чого приймається рішення про його блокування або надання йому руху. Така заздалегідь 4 визначеним кольором. процедура відносно повільна й монотонна. Справді, кожного моменту для прямого керування кінематикою може використовуватися тільки один ступінь свободи. Крім того, ступені свободи для кожного зчленування слід знати по номерах, що значно ускладнює контроль параметрів манекена. Задача, на рішення якої спрямовано даний винахід, полягає в усуненні вищеописаних недоліків і у створенні системи, що полегшує роботу оператора при визначенні параметрів манекена й кінематичному керуванні ним. Для рішення поставленої задачі пропонується система графічного інтерфейсу для керування кінематикою ступенів свободи віртуального манекена, що містить частини тіла зі зчленуваннями, що відповідають ступеням свободи. Система за винаходом характеризується тим, що містить засіб відображення, засіб вибору для виділення точки на засобі відображення і впливу на неї і засоби обробки для керування зображеннямманекена в першому вікні на засобі відображення. При цьому засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору для керування відображуваною в другому вікні вибраною частиною тіла манекена, зображеного в першому вікні, а вибрана частина тіла містить символи, що відображують її ступені свободи. Таким чином, завдяки використанню системи за винаходом операція вибору частини тіла та її ступенів свободи здійснюється безпосередньо на екрані з використанням графічного зображення манекена. Оператору немає необхідності запам'ятовувати або шукати коди керування, щоб одержати доступ до певного ступеня свободи манекена. Відповідно до першого аспекту винаходу засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору для блокування або розблокування ступеня свободи шляхом вибору в другому вікні символу відповідного ступеня свободи. Визначення параметрів ступенів свободи здійснюється безпосередньо на екрані за допомогою засобу вибору, що додатково полегшує роботу оператора. Крім того, символи заблокованих ступенів свободи зображуються заздалегідь визначеним кольором, а символи розблокованих ступенів свободи зображуються іншим заздалегідь визначеним кольором. Частина або частини тіла, принаймні один зі ступенів свободи якої або яких заблоковано, зображуються в першому вікні заздалегідь визначеним кольором, що дозволяє відрізняти частини тіла, які містять дезактивовані ступені свободи. Одна з відмінностей винаходу полягає в тому, що кожний символ ступеня свободи містить першу й другу стрілки, причому кожна зі стрілок представляє один напрямок обертання, що відповідає ступеню свободи. Засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору для 5 блокування одного напрямку обертання, що відповідає ступеню свободи, шляхом вибору відповідної стрілки, причому згадана стрілка тоді зображується заздалегідь визначеним кольором. Відповідно до іншого аспекту винаходу, що відповідає режиму керування рухом, засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору для керування ступенем свободи манекена в другому вікні. Вибрана стрілка вказує в даному випадку напрямок руху, що відповідає даному ступеню свободи. В цьому режимі стрілка, що вказує напрямок руху, який відповідає даному ступеню свободи, зображується заздалегідь визначеним кольором залежно від того, чи здійснюється керування рухом для цього ступеня свободи. При завданні зсуву в тому або іншому напрямку на графічному інтерфейсі частина тіла, що відповідає керованому ступеню свободи використовуваного віртуального манекена, зміщується у відповідному напрямку з певною швидкістю. Частина або частини тіла, принаймні один зі ступенів свободи якої або яких піддається операції керування рухом, зображуються в першому вікні заздалегідь визначеним кольором, що дозволяє відрізняти частини тіла, які містять ступені свободи, що їх піддають операції керування рухом. Відповідно до наступного аспекту винаходу засоби обробки реагують на сигнали засобу вибору для активації або дезактивації в першому вікні частин тіла і зображення активних частин тіла заздалегідь визначеним кольором, а дезактивованих частин тіла - іншим заздалегідь визначеним кольором. Це перше вікно також забезпечує можливість вибору частини тіла, що детально зображується в другому вікні із вказівкою на її ступені свободи. Стислий опис креслень Інші особливості й переваги даного винаходу стануть ясні з нижченаведеного докладного опису, що надається з посиланнями на додані креслення, на яких поданий один з можливих варіантів здійснення винаходу, що не накладає жодних обмежень. На кресленнях: - Фіг.1 зображує в перспективі апаратні засоби, використовувані в системі інтерфейсу за винаходом; - Фіг.2 зображує перший приклад використання системи інтерфейсу за винаходом; - Фіг.3 зображує другий приклад використання системи інтерфейсу за винаходом; - Фіг.4 зображує третій приклад використання системи інтерфейсу за винаходом; - на Фіг.5А, 5В і 5С подані зображені на віртуальному манекені результати дій, виконаних у рамках третього приклада використання системи інтерфейсу, зображеної на Фіг.4. На Фіг.1 зображена система за даним винаходом, що містить пристрій обробки, наприклад комп'ютер 1. Комп'ютер 1 може бути використаний для виконання програми імітації або подібної до неї для відображення положень і переміщень манекена у віртуальній реальності. З метою спрощення опису сама програма імітації докладніше описана не буде, поза як вона не є предметом даного винаходу. Винахід охоплює, по 82054 6 суті, засоби зображення, вибору, визначення параметрів і керування частинами тіла віртуального манекена, які можуть бути використані в програмі імітації у віртуальній реальності. Іншими словами, винахід пропонує графічний інтерфейс, що дозволяє користувачу управляти частинами тіла віртуального манекена або визначати їхні параметри. Комп'ютер 1 містить звичайні для пристроїв такого типу апаратні засоби. Конкретніше, комп'ютер містить екран (монітор) 2, засіб, що дозволяє відмітити точку на екрані і впливати на неї, наприклад миша 3, світлове перо 5 або аналогічний пристрій, і модуль 4 обробки, який управляє відображенням на екрані 2, зокрема, у відповідь на дії, виконувані з мишею 3 або іншим еквівалентним засобом, як це описано нижче. На Фіг.2 зображений перший приклад використання системи за винаходом. На цьому кресленні подане зображення, що з'являється на екрані 2, містить манекен згідно з винаходом і дозволяє користувачеві управляти параметрами частин тіла манекена. Для цього модуль 4 обробки насамперед виводить на екран перше вікно 10, у якому манекен 100 показаний цілком. Кожна частина тіла (в наведеному тут прикладі: голова, корпус, руки, кисті рук і ноги), яку можна вибрати, оточена замкнутим контуром 101 заздалегідь визначеного кольору, наприклад чорного. Таким чином, відображення манекена в першому вікні 10 відповідає загальному вигляду манекена або вигляду всіх частин його тіла, що їх можна вибрати. Це перше зображення дозволяє оператору за допомогою миші виконувати дії безпосередньо з манекеном, зображеним у вікні 10. Стрілка 30 відповідає покажчику миші. Оператор переміщує цей покажчик по зображенню манекена, вказуючи на частину тіла, що її він хоче вибрати. Після того, як стрілка 30 опиняється на потрібній частині тіла (в даному випадку, на лівій руці), оператор може вибрати цю частину тіла, наприклад, натиснувши на кнопку миші. Щоб показати оператору вибрану частину тіла, колір її контуру 101 може бути змінений на заздалегідь визначений колір 102 (на кресленнях зображений переривчастою лінією), виділяючи вибрану частину серед інших частин тіла. Після вибору однієї з частин тіла оператор може виконати одну з двох основних дій: активувати/дезактивувати всю частину тіла або вибрати частину тіла для вибору і/або зміни деяких з її ступенів свободи. Перша операція, що полягає в активації/дезактивації частини тіла, здійснюється безпосередньо на манекені, зображеному у вікні 10, за допомогою відповідної команди, яка може бути приписана програмними засобами якійсь клавіші клавіатури комп'ютера або міститися в меню (не показано), що виводиться на екран одночасно з манекеном. Активовані частини тіла забарвлюються в заздалегідь визначений колір 104 (на кресленнях поданий нещільним штрихуванням), наприклад зелений, тоді як дезактивовані частини тіла забарвлюються в інший заздалегідь визначений колір 105 (на 7 кресленнях поданий щільним штрихуванням), наприклад червоний. У вікні 10, зображеному на Фіг.2, дезактивовані ноги й кисті рук манекена забарвлені в червоний колір (щільне штрихування), а активовані руки і голова забарвлені в зелений колір (нещільне штрихування). Вибрана частина тіла зображується докладніше в другому вікні 20, що дозволяє оператору виконати другу вищезгадану операцію одним з двох можливих способів: способом завдання параметрів або способом керування деякими зчленуваннями вибраної частини тіла. Кожен з цих способів може бути задіяний після вибору частини тіла за допомогою, наприклад, клавіші клавіатури або виведеного на екран меню. На Фіг.2 ілюструється вплив на ступені свободи вибраної частини тіла способом зміни параметрів. У другому вікні 20 вибрана частина тіла 103, а саме ліва рука, подана у збільшеному вигляді із вказівкою на всі ступені свободи зчленувань вибраної частини тіла, якими може управляти оператор. З цією метою ступені свободи частини тіла зображені у вигляді осі 110, що лежить у площині або перпендикулярної до неї, і подвійної стрілки 120, що зображує обертання навколо цієї осі у двох можливих напрямках. Таким чином, за допомогою стрілки 30 миші оператор установлює вибором подвійної стрілки ступінь свободи, що його він хоче змінити, і клацає по цій подвійній стрілці, щоб заблокувати (або, відповідно, розблокувати) даний ступінь свободи. Якщо оператор повторно клацає по цій подвійній стрілці, це скасовує операцію блокування ступеня свободи. Таким чином, просте натискання на кнопку миші дозволяє оператору блокувати й розблокувати будь-який ступінь свободи вибраної частини тіла прямо на його графічному зображенні на екрані. Як і у вищеописаному випадку активації/дезактивації частин тіла манекена, для розрізнення в екранному зображенні блокованих і неблокованих ступенів свободи використовуються колірні позначення. Точніше, коли оператор блокує один зі ступенів свободи, відповідна стрілка 120 стає червоною (на кресленнях зображена суцільною лінією). В загальному випадку в режимі зміни параметрів ступенів свободи подвійні стрілки зображені по умовчанню зеленим кольором (на кресленнях - переривчастими лініями), тобто всі ступені свободи від початку розблоковані. Таким чином, подвійні стрілки 120, що відповідають ступеням свободи, первинно не заблокованим або згодом розблокованим оператором, зображені зеленим кольором (на кресленнях - переривчастими лініями). Наприклад, на Фіг.2 видно, що всі ступені свободи плеча заблоковані й зображені червоним кольором (тобто три подвійні стрілки 120 плеча зображені суцільними лініями). Наявність двох вікон 10 і 20, що одночасно виводяться на екран, дає оператору постійний вигляд манекена цілком (у вікні 10), на якому видні заблоковані й розблоковані частини тіла, а також 82054 8 вибрана частина тіла, й докладне зображення вибраної частини тіла (у вікні 20) з усіма ступенями свободи, параметри яких оператор може змінювати. Якщо принаймні один зі ступенів свободи частини тіла дезактивований, це відображується у вікні 10, де частини тіла, що містять дезактивовані ступені свободи, виділяються заздалегідь визначеним кольором. На Фіг.3 зображений інший приклад використання графічного інтерфейсу за винаходом для визначення параметрів ступенів свободи лівої ноги 106, збільшене зображення якої подано в другому вікні 20. Як описано вище у відношенні Фіг.2, блокування або розблокування будь-якого зі ступенів свободи здійснюється клацанням по відповідній подвійній стрілці 120, зображеній заздалегідь визначеним кольором, що відповідає його стану (заблокованому або розблокованому). При цьому існує можливість часткового блокування ступеня свободи, тобто блокування одного з двох пов'язаних з ним напрямків обертання. В цьому випадку, як показано на Фіг.3, засоби обробки запрограмовано так, щоб розрізняти в кожній подвійній стрілці 120 дві частини, тобто першу і другу стрілки 121 і 122, кожна з яких відповідає одному з напрямків обертання даного ступеня свободи. На Фіг.3 оператор клацає по частині 121А стрілки 120А. Це спричиняє блокування ступеня свободи в напрямку, визначеному частиною 121А стрілки, яка після цього зображується червоним кольором (на кресленні – суцільною лінією). Незаблокована частина 122А залишається зеленою (на кресленні зображено переривчастою лінією). З креслення видно, наприклад, що ступінь свободи, представлений подвійною стрілкою 120В, також був частково заблокований, причому частина 121В зображена червоним кольором (на кресленні - суцільною лінією), а частина 122В зображена зеленим кольором (на кресленні переривчастою лінією). Опишемо тепер операції, що їх можна здійснити над вибраною частиною тіла в режимі керування. В цьому режимі зображення вибраної частини тіла у вікні 20 використовується для прямого керування кінематикою ступенів свободи. Як і у вищеописаному випадку часткового блокування/розблокування ступенів свободи, кожна подвійна стрілка 120 має дві частини 121, 122, кожна з яких відповідає одному з напрямків обертання, що відповідає ступеню свободи. Таким чином, для керування ступенем свободи оператор діє так само, як і в прикладі, зображеному на Фіг.3. Оператор переміщує стрілку 30 миші на частину подвійної стрілки, що відповідає тому напрямку обертання, в якому він хоче рухати дану частину тіла. Клацання по вибраній частині подвійної стрілки дає манекену команду переміщення в даному ступені свободи. Якщо принаймні один зі ступенів свободи частини тіла піддається операції керування, ця частина тіла виділяється у вікні 10 заздалегідь визначеним кольором, що дозволяє відрізнити частини тіла, що містять ступені свободи, які піддаються операціям керування. 9 В режимі керування всі подвійні стрілки по умовчанню зображені червоним кольором (на кресленні - суцільними лініями), тобто первинне жоден зі ступенів свободи тіла не піддається операції керування. Далі приклад прямого керування кінематикою описується з посиланнями, з одного боку, на Фіг.4, яка зображує друге вікно 20 графічного інтерфейсу, а з іншого боку - на Фіг.5А, 5В і 5С, на яких зображений віртуальний манекен 200, якому подаються команди переміщення, створені за допомогою графічного інтерфейсу, зображеного на Фіг.4. Зображення рухів віртуального манекена в його модельованому середовищі зроблені спеціальною програмою імітації, яка містить зв'язки з програмою графічного інтерфейсу за винаходом. Таким чином, дані, створені за допомогою графічного інтерфейсу, передаються програмі імітації й використовуються нею для керування рухами віртуального манекена. На Фіг.5А-5С зображена послідовність рухів віртуального манекена 200 під дією команд, вироблених за допомогою графічного інтерфейсу, зображеного на Фіг.4. На цьому кресленні у вікні 20 зображена права рука 107 манекена, а команди переміщення застосовуються оператором шляхом послідовного вибору частин 122А, 122В і 122С подвійних стрілок 120А, 120В і 120С відповідно. Вибір частин 122А, 122В і 122С відповідає діям згинання руки, повороту передпліччя і повороту плеча, які виконуються у відповідному напрямку і з певною швидкістю. Після здійснення цих операцій керування в графічному інтерфейсі манекен переходить у положення, зображене на Фіг.5С. Команда переміщення, віддана оператором, також зображується у вікні 20 шляхом зміни кольору вибраної частини подвійної стрілки. На Фіг.4 частини 122А, 122В і 122С подвійних стрілок 120А, 120В і 120С, на які клацнув оператор, стають зеленими (на кресленнях зображуються переривчастими лініями). На Фіг.5В зображене проміжне положення руки 207 віртуального манекена 200 між вихідним положенням (Фіг.5А) і кінцевим положенням (Фіг.5С) кінематичної послідовності при відданні команди переміщення на зчленуваннях руки й плеча за допомогою клацання по частинах 122А і 122С подвійних стрілок 120А і 120С. При повторному клацанні по тій самій частині подвійної стрілки команда переміщення для відповідного ступеня свободи скасовується. Тоді віртуальний манекен зберігає цей ступінь свободи в поточному положенні на момент скасування цієї команди переміщення, а відповідна частина подвійної стрілки знову стає червоною (зображується на кресленнях суцільною лінією). Отже, винахід пропонує систему графічного інтерфейсу, що дозволяє оператору вибирати ступені свободи манекена і впливати на них безпосередньо на екрані за допомогою таких простих операцій, як, наприклад, клацання мишею. Крім того, додаткова зручність роботи оператора забезпечується наявністю двох вікон, що дозволяють використовувати одночасно загальний 82054 10 вигляд манекена і докладне зображення тієї частини тіла, з якою працює оператор. 11 82054 12