在虚拟环境中移动虚拟链接对象同时避免链接对象和环境之间的碰撞的方法技术

一种在虚拟环境中以一系列单位移动来移动一个虚拟链接对象（１０）的方法，该链接对象（１０）通过定义一组链接元件（１１）的位置的整体位置、整体方位、和多个接头角被指定在所述环境中，所述一组链接元件组成所述链接对象并具有多个自由度，该方法包括以下步骤：计算链接对象（１０）和其环境（１３ｄ）之间的相互作用距离；从所述相互作用距离中提取属于链接对象（１０）的元件（１１）之一的第一点（Ｐ１）、和属于环境（１３ｄ）的第二点（Ｐ２）；由所述第一和第二点（Ｐ１，Ｐ２）定义单个提取向量（＊）；和通过定义为单个提取向量（＊）的函数的移动，将链接对象（１０）移开并远离其环境（１３ｄ），以及作用在链接对象的整体位置、和／或整体方位上、和／或自由度，以便避免链接对象（１０）与环境（１３ｄ）之间的碰撞。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在一个虚拟环境中模拟虚拟链接对象的移动的领域。更具体地，涉及在链接对象和它的环境间避免碰撞。
技术介绍
在众多工业中，像航空或空间工业，通常会用到虚拟现实中的模型。例如，常常用数字模型来评估在各种不同部件之间的碰撞。类似地，可以使用模型化来模拟在预定的环境中技术人员或机器人的行动，以便为了采取这些行动而显现人或机器人将需要做出的运动。这对机器的特定部分的验证和优化可达性很有用，例如在飞机引擎中的部件，这些部件需要定期的检查和保养。因此，借助于使用虚拟链接对象的模拟，一旦元件被模型化就能虚拟地检查利用设备的各个元件的容易程度。虚拟链接对象是定义动态系统的数字数据组，其特征在于以多个自由度链接的多个元件。因此，在指定的时刻，虚拟链接对象可以通过在三维空间中的位置和方向以及它的接头的自由度的值来限定。定义虚拟链接对象的环境的数据和参数可以存储在数字数据介质中。现在已经有了这种应用的虚拟链接对象的应用。由Chedmail，Damay，和Le Roy所写的文章给出一个实例，该文章的标题为“Réalité virtuelle，maquette numérique du produit，outils dedistribution et partage de la conception”(虚拟现实、产品的数字模型、分布和共享设计的工具)(Journées Priméca，la Plagne，April 7-9，1999)。该文章提供了一种验证可达性方法，用于虚拟环境中使用两个虚拟链接臂的移动的模型，组合和分解障碍环境中的对象。为了避免在链接臂和环境之间的碰撞，Chedmail等人的文章中提出的方法使用相对于链接臂自由度计算碰撞线斜度。通过有限差计算斜度需要执行每个链接臂接头的大量移动，并且对每个移动而言必须计算碰撞线的长度。由于这种方法在耗费非常多的计算时间，因此非常慢。
技术实现思路
本专利技术旨在克服以上所述的缺点，通过提供一种方法和系统，使得可以模拟链接对象的位移或操纵，同时避免对象和它的环境间的碰撞，以及限制计算时间。这些目的通过以下技术方案实现的。一种在虚拟环境中以一系列单位移动来移动一个虚拟链接对象的方法，该链接对象通过定义一组链接元件的位置的一个整体位置、一个整体方位、和多个接头角被指定在所述环境中，所述一组链接元件组成所述链接对象并具有多个自由度，该方法包括以下步骤计算链接对象和它的环境之间的相互作用距离；从所述相互作用距离中提取属于链接对象的元件之一的第一点、和属于环境的第二点；由所述第一和第二点定义单个提取向量；和通过定义为单个提取向量的函数的移动，将链接对象移开并远离其环境，该单独的移动的实现是通过作用在链接对象的整体位置上的平移中的移动、和/或作用在链接对象的整体方位上的旋转中的运动、和/或作用在所述第一点所属的链接对象的元件以前属于一连串接头的每个接头的接头挠曲移动；从而避免在链接对象和环境间的碰撞。这样，本专利技术的方法使用了单个相互作用距离计算，以将链接对象从它的环境移开。这就导致了极大的简化并显著地节省了时间。本专利技术的方法进一步包括在所述一系列单位移动的每个单位移动之后、确定在链接对象和它的环境之间是否发生碰撞的的步骤。在执行本专利技术的第一个实现方案中，相互作用距离对应于穿透深度，使得提取向量等于第二点的坐标减去第一点的坐标，穿透深度能够使链接对象移动并且与环境的碰撞量是有限的和可控制的。在本专利技术的第二个实现方案中，相互作用距离对应于一个最小距离，以便提取向量等于第一点的坐标减去第二点的坐标，该最小距离能够使链接对象在与它的环境无碰撞的情况下移动。该方法进一步包括以下步骤在链接对象和它的环境之间发生碰撞时，取消所述一系列单位移动的最近的单位移动。有利地，只要在链接对象和它的环境之间不发生碰撞，不执行所述提取第一和第二点，定义提取向量，以及将链接对象移开的步骤。根据本专利技术的第一个特征，通过与作用在链接对象的整体位置上的提取向量的分量成比例的平移中的移动，可以将链接对象从它的环境移开。根据本专利技术的第二个特征，通过作用在链接对象的整体方位的旋转中的移动，将链接对象从它的环境中移开，在旋转中的移动包括以下步骤定义一个在链接对象重力中心和提取向量起点之间的一个第一整体向量；定义一个在链接对象重力中心和提取向量终点之间的一个第二整体向量；计算使得第一整体向量与第二整体向量重合的整体旋转角；通过分解绕定义链接对象的整体方位的一个或多个轴的所述整体旋转角，计算一个或多个单独的整体旋转角；和转动链接对象通过一个或多个与所述单个整体旋转角成比例的角度。根据本专利技术的第三个特征，通过接头挠曲移动将链接对象从其环境移开，该接头挠曲移动作用在属于所述第一点所属的链接对象的元件以前的一连串接头的每个接头上，包括以下步骤定义在所述指定接头的链接中心和提取向量的起点之间的一个第一局部向量；定义在所述指定接头的链接中心和提取向量的终点之间的一个第二局部向量；计算使得第一局部向量与第二局部向量重合的一个局部旋转角；通过分解限定对应于所述指定接头的自由度的一个或多个轴上的局部旋转角，计算一个或多个单个接头旋转角；和转动在所述指定接头上的链接元件通过与所述单个接头角成比例的一个或多个角。整体旋转角可以通过在第一和第二整体向量之间的整体向量乘积来计算，并且局部旋转角通过在第一和第二局部向量之间的局部向量乘积来计算。单个整体旋转角可以通过在整体向量乘积和整体方位轴之间的一个或多个标积而计算，该单个接头角通过在局部向量乘积和该指定接头的自由度的轴之间的一个或多个标积来计算。在本专利技术的特定实现方案中，链接对象可以通过作用在该链接对象的整体位置，和/或整体方位，和/或多个自由度上的吸引代理来移动。有利地，该方法进一步包括通过作用在位置和/或方向和/或链接对象的自由度上的操作代理实时地操作移动链接对象。根据本专利技术的一个特征，链接对象是一个在虚拟环境的底面上移动的虚拟假人，该假人通过在虚拟底面上的位置、与所述底面垂直并且通过该假人的重力中心的竖轴的方位、以及定义链接元件组的多个接头角来限定。本专利技术还提供了一种计算机程序，当其由计算机执行时实现以上描述的方法。附图简要描述本专利技术的方法和系统的其他特征和益处通过以下参考附图且非限制性的描述将更加的清晰，其中附图说明图1是实现在本专利技术的系统或方法中的硬件装置的透视图；图2A显示了根据本专利技术的在三维空间中的虚拟链接对象；图2B示出根据本专利技术的在三维空间中的虚拟假人；图3A示出定义在本专利技术的最小距离模式中的提取向量；图3B示出定义在本专利技术的穿透深度模式中的提取向量；图4示出作用在根据本专利技术的链接对象的整体位置上的单独移动；图5示出作用在本专利技术的链接对象的整体方位上的单独移动；图6示出作用在本专利技术的链接对象的指定接头上的单独移动；图7A显示的是根据本专利技术的在移动链接对象中的主要步骤的流程图；图7B显示的是图7A的一个变型；和图8示出根据本专利技术的用于使用移动链接对象的多代理系统的结构。具体实施例方式图1显示了可用于对链接对象的移动模型化的系统。该系统包括一个具有良好的图形能力的工作站或计算机1，用来执行设计实现本专利技术的方法的计算机程序。计算机1包括此类型的装置通常所包括的硬件装置。更具体地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在虚拟环境（１３）中以一系列单位移动来移动一个虚拟链接对象（１０）的方法，该链接对象（１０）通过定义一组链接元件的位置的一个整体位置、一个整体方位、和多个接头角被指定在所述环境（１３）中，所述一组链接元件组成所述链接对象并具有多个自由度，该方法包括以下步骤：计算链接对象（１０）和它的环境（１３）之间的相互作用距离；从所述相互作用距离中提取属于链接对象（１０）的元件（１１）之一的第一点（Ｐ１）、和属于环境（１３）的第二点（Ｐ２）；由所述第一和第二点（ Ｐ１，Ｐ２）定义单个提取向量（＊）；和通过定义为单个提取向量（＊）的函数的移动，将链接对象（１０）移开并远离其环境（１３），该单独的移动的实现是通过作用在链接对象的整体位置上的平移中的移动、和／或作用在链接对象的整体方位上的旋转中的 运动、和／或作用在所述第一点所属的链接对象的元件以前属于一连串接头的每个接头的接头挠曲移动。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺马耶，爱德华拉姆斯泰恩，帕特里克谢德马伊，
申请(专利权)人：SNECMA发动机公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]