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      一個(gè)約束管理對(duì)虛擬可維修性的支持探討

      2014-09-01 04:48:16張連寶
      新媒體研究 2014年12期
      關(guān)鍵詞:虛擬環(huán)境管理器虛擬現(xiàn)實(shí)

      張連寶

      摘要虛擬原型工具作為可行的設(shè)計(jì)工具已經(jīng)吸引了整個(gè)行業(yè)的關(guān)注。最重要的一個(gè)挑戰(zhàn)是研究機(jī)構(gòu)延長虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的功能,并超出它現(xiàn)在的人機(jī)工程學(xué)和設(shè)計(jì)評(píng)審范圍。文章提出的一種研究是一個(gè)更大的研究項(xiàng)目的一部分,維修性評(píng)估目的是為了完成在虛擬原型上的維修性評(píng)估。文章論述了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)幾何約束管理,已被設(shè)計(jì)用來支持在虛擬環(huán)境下的物理實(shí)在性和交互式的裝配和拆卸任務(wù)。約束管理所使用的關(guān)鍵技術(shù)是直接的相互作用、自動(dòng)約束識(shí)別,約束補(bǔ)償和受約束的運(yùn)動(dòng)。各種最優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)的大型工業(yè)模型。

      關(guān)鍵詞約束管理;虛擬

      中圖分類號(hào):TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)12-0196-02

      1簡(jiǎn)介

      現(xiàn)代市場(chǎng)不僅鼓勵(lì)廠商創(chuàng)造更好的產(chǎn)品,而且迫使他們?cè)诟痰臅r(shí)間尺度里這樣做。并行工程(CE)的概念是鼓勵(lì)公司處理問題,比如在設(shè)計(jì)過程非常早的時(shí)候維護(hù)。然而,缺乏模擬工具阻礙了對(duì)CE的適應(yīng),因此進(jìn)一步的研究必須開發(fā)這樣的工具。一個(gè)發(fā)展階段,仍然缺乏適當(dāng)?shù)木S修仿真工具軟件。維護(hù)操作的仿真允許維護(hù)在早期設(shè)計(jì)階段處理。這就減少了意料之外的問題悄悄進(jìn)入設(shè)計(jì),因?yàn)樗倪M(jìn)展貫穿它的生命周期,從而當(dāng)提高產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)節(jié)省了時(shí)間和金錢。

      在Salford,處于虛擬環(huán)境中心虛擬樣機(jī)技術(shù)小組已經(jīng)對(duì)交互式維護(hù)仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)的適用性進(jìn)行調(diào)查。一個(gè)可以進(jìn)行交互式地模擬現(xiàn)實(shí)的維護(hù)操作的系統(tǒng)是工業(yè)所要求的。這個(gè)研究調(diào)查使用虛擬環(huán)境去評(píng)估一些物理樣機(jī)在可以使用之前進(jìn)行維護(hù)操作。除了加快發(fā)展進(jìn)程,虛擬模型的評(píng)價(jià)也可以減少需要的物理原型的數(shù)量。這樣一個(gè)工具有可能減少上市時(shí)間和開發(fā)成本。

      執(zhí)行維修操作通常是在一個(gè)受限的時(shí)間間隔的有限空間中。操作者的動(dòng)作時(shí)常受到周圍組件和組件間的接觸、沖突所約束是不可避免的。此外,要求維護(hù)時(shí)間需要被控制和最小化。在一個(gè)維修仿真中對(duì)這些問題加以考慮,計(jì)算機(jī)仿真需要現(xiàn)實(shí)。

      2相關(guān)工作

      已有幾個(gè)研究計(jì)劃發(fā)展了總裝模擬器的環(huán)境并且做了大量工作,允許使用者在虛擬環(huán)境中構(gòu)成場(chǎng)景,在解決的許多問題中包含3D對(duì)象的交互式創(chuàng)造。這種系統(tǒng)的問題是當(dāng)虛擬對(duì)象相互作用時(shí)缺乏約束。使用者被局限于相互作用的總數(shù),對(duì)對(duì)象操作不能精確執(zhí)行。支持約束的系統(tǒng)是基于向用戶提供組件的裝配,并且支持被要求在3D空間里對(duì)組件精確的定位。有許多研究工作調(diào)查了裝配虛擬環(huán)境的發(fā)展。約束的自動(dòng)識(shí)別,例如在系統(tǒng)里支持‘相反的、‘一致的、‘相切的和‘同軸的。通過儲(chǔ)存于關(guān)系圖里可計(jì)算的自由度閱讀約束關(guān)系,以便系統(tǒng)可以對(duì)一個(gè)給定的裝配部分確定許可的運(yùn)動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境被使用于IRIS Inventor圖形工具包。當(dāng)子對(duì)象在裝配中被控制,無法從子對(duì)象到上層對(duì)象支持約束傳播;對(duì)于CAD的數(shù)據(jù)輸入虛擬環(huán)境缺乏一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)翻譯器。

      3系統(tǒng)定義

      這部分描述了約束管理器的功能來源于它的需求,這些需求是基于先前的建立一個(gè)組裝模擬器的經(jīng)驗(yàn)。

      開發(fā)一個(gè)新的約束管理器目標(biāo)在于創(chuàng)造一個(gè)有效的、獨(dú)立的軟件工具,這樣可以容易地被集成到不同的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。這個(gè)系統(tǒng)的要求是:

      1)多平臺(tái)(Unix and Windows);2)場(chǎng)景圖的獨(dú)立;3)多重的約束識(shí)別;4)多重的約束補(bǔ)償;5)刪除破碎的約束;6)自動(dòng)的約束管理。

      約束管理器和主要的應(yīng)用程序之間的信息交流使用一個(gè)有著適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的被定義的API。內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示是基于獨(dú)立于任何場(chǎng)景圖的私人級(jí)別。因?yàn)檫@個(gè)原因,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要在約束管理器中插入每一個(gè)組件的幾何性質(zhì),因?yàn)榧s束管理器有它自己的內(nèi)部數(shù)據(jù)表示方法。這允許主要用于選擇可以約束的對(duì)象,虛擬手,例如,不會(huì)被插入到約束管理器中,因此也不服從幾何約束。

      約束管理器有兩種類型的幾何節(jié)點(diǎn):對(duì)象和表面。對(duì)象是一個(gè)具有表面和可以移動(dòng)的實(shí)體。一個(gè)表面是一個(gè)對(duì)象的外觀。約束管理器支持參數(shù)表面和使用特定的原理來確定它的參數(shù)方程。約束管理器能夠識(shí)別并應(yīng)用不同類型的幾何約束。一個(gè)幾何約束是兩個(gè)表面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)則。這條規(guī)則減少了包含相關(guān)表面和約束它們運(yùn)動(dòng)的對(duì)象的自由度。約束管理器支持圖1上三種不同類型的約束。

      約束識(shí)別程序還必須能夠驗(yàn)證被認(rèn)可和已應(yīng)用的約束。驗(yàn)證是一個(gè)確定約束是否還有效或被破壞的過程。如果一個(gè)相關(guān)表面超過了被定義的臨界值,一個(gè)約束就被破壞了。約束管理器的功能可分為三個(gè)主要的任務(wù):驗(yàn)證現(xiàn)存的約束和確定被破壞的約束;執(zhí)行現(xiàn)有的約束和解決約束運(yùn)動(dòng);識(shí)別新的可能的約束。

      圖1支持的約束:(a)相反的 (b)共線的 (c)同軸的

      這項(xiàng)功能可以結(jié)合到實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段完全自動(dòng)化的約束管理器中。一旦一個(gè)組件的轉(zhuǎn)換傳送給約束管理器,模型會(huì)被搜索,對(duì)被取消的可能破壞的約束。剩下的約束得以執(zhí)行,一個(gè)作為結(jié)果的變換被計(jì)算出來。在一個(gè)位置,搜索約束管理器在移動(dòng)的組件和周圍環(huán)境之間的新約束。

      4系統(tǒng)架構(gòu)

      這一節(jié)描述應(yīng)用的約束管理器的體系結(jié)構(gòu)。圖2展示了一種這種架構(gòu)的圖形表示法。

      約束管理器有一個(gè)分級(jí)的數(shù)據(jù)圖表,維護(hù)所有來自對(duì)象和表面的相關(guān)信息。數(shù)據(jù)圖表可被用于約束管理器的所有模塊:約束求解程序、約束識(shí)別器和過濾器。約束管理器模塊是獨(dú)立的,他們的交互作用被應(yīng)用程序所定義。

      盡管有好的結(jié)果,有大量的工作要做使其成為一個(gè)成熟的系統(tǒng),可以被用作一種虛擬樣機(jī)研究的工具。進(jìn)一步改善現(xiàn)有約束管理器現(xiàn)在正被考慮。這些改善包括發(fā)展一種更有效的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)用過濾器,在識(shí)別新的約束之前。

      參考文獻(xiàn)

      [1]林容,楊慧,安樹蘭.編目格式的重大突破──USMARC的進(jìn)展介紹[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù),1997(S1).

      [2]隋愛娜,吳威,陳小武,趙沁平.基于分布式虛擬環(huán)境的裝配約束語義模型[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2006(03).

      [3]陳爐云.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的遠(yuǎn)程維修服務(wù)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2005(02).

      [4]閻楚良,楊方飛.農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)及展望[J].中國工程科學(xué),2006(09).

      圖2約束管理器的架構(gòu)

      endprint

      摘要虛擬原型工具作為可行的設(shè)計(jì)工具已經(jīng)吸引了整個(gè)行業(yè)的關(guān)注。最重要的一個(gè)挑戰(zhàn)是研究機(jī)構(gòu)延長虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的功能,并超出它現(xiàn)在的人機(jī)工程學(xué)和設(shè)計(jì)評(píng)審范圍。文章提出的一種研究是一個(gè)更大的研究項(xiàng)目的一部分,維修性評(píng)估目的是為了完成在虛擬原型上的維修性評(píng)估。文章論述了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)幾何約束管理,已被設(shè)計(jì)用來支持在虛擬環(huán)境下的物理實(shí)在性和交互式的裝配和拆卸任務(wù)。約束管理所使用的關(guān)鍵技術(shù)是直接的相互作用、自動(dòng)約束識(shí)別,約束補(bǔ)償和受約束的運(yùn)動(dòng)。各種最優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)的大型工業(yè)模型。

      關(guān)鍵詞約束管理;虛擬

      中圖分類號(hào):TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)12-0196-02

      1簡(jiǎn)介

      現(xiàn)代市場(chǎng)不僅鼓勵(lì)廠商創(chuàng)造更好的產(chǎn)品,而且迫使他們?cè)诟痰臅r(shí)間尺度里這樣做。并行工程(CE)的概念是鼓勵(lì)公司處理問題,比如在設(shè)計(jì)過程非常早的時(shí)候維護(hù)。然而,缺乏模擬工具阻礙了對(duì)CE的適應(yīng),因此進(jìn)一步的研究必須開發(fā)這樣的工具。一個(gè)發(fā)展階段,仍然缺乏適當(dāng)?shù)木S修仿真工具軟件。維護(hù)操作的仿真允許維護(hù)在早期設(shè)計(jì)階段處理。這就減少了意料之外的問題悄悄進(jìn)入設(shè)計(jì),因?yàn)樗倪M(jìn)展貫穿它的生命周期,從而當(dāng)提高產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)節(jié)省了時(shí)間和金錢。

      在Salford,處于虛擬環(huán)境中心虛擬樣機(jī)技術(shù)小組已經(jīng)對(duì)交互式維護(hù)仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)的適用性進(jìn)行調(diào)查。一個(gè)可以進(jìn)行交互式地模擬現(xiàn)實(shí)的維護(hù)操作的系統(tǒng)是工業(yè)所要求的。這個(gè)研究調(diào)查使用虛擬環(huán)境去評(píng)估一些物理樣機(jī)在可以使用之前進(jìn)行維護(hù)操作。除了加快發(fā)展進(jìn)程,虛擬模型的評(píng)價(jià)也可以減少需要的物理原型的數(shù)量。這樣一個(gè)工具有可能減少上市時(shí)間和開發(fā)成本。

      執(zhí)行維修操作通常是在一個(gè)受限的時(shí)間間隔的有限空間中。操作者的動(dòng)作時(shí)常受到周圍組件和組件間的接觸、沖突所約束是不可避免的。此外,要求維護(hù)時(shí)間需要被控制和最小化。在一個(gè)維修仿真中對(duì)這些問題加以考慮,計(jì)算機(jī)仿真需要現(xiàn)實(shí)。

      2相關(guān)工作

      已有幾個(gè)研究計(jì)劃發(fā)展了總裝模擬器的環(huán)境并且做了大量工作,允許使用者在虛擬環(huán)境中構(gòu)成場(chǎng)景,在解決的許多問題中包含3D對(duì)象的交互式創(chuàng)造。這種系統(tǒng)的問題是當(dāng)虛擬對(duì)象相互作用時(shí)缺乏約束。使用者被局限于相互作用的總數(shù),對(duì)對(duì)象操作不能精確執(zhí)行。支持約束的系統(tǒng)是基于向用戶提供組件的裝配,并且支持被要求在3D空間里對(duì)組件精確的定位。有許多研究工作調(diào)查了裝配虛擬環(huán)境的發(fā)展。約束的自動(dòng)識(shí)別,例如在系統(tǒng)里支持‘相反的、‘一致的、‘相切的和‘同軸的。通過儲(chǔ)存于關(guān)系圖里可計(jì)算的自由度閱讀約束關(guān)系,以便系統(tǒng)可以對(duì)一個(gè)給定的裝配部分確定許可的運(yùn)動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境被使用于IRIS Inventor圖形工具包。當(dāng)子對(duì)象在裝配中被控制,無法從子對(duì)象到上層對(duì)象支持約束傳播;對(duì)于CAD的數(shù)據(jù)輸入虛擬環(huán)境缺乏一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)翻譯器。

      3系統(tǒng)定義

      這部分描述了約束管理器的功能來源于它的需求,這些需求是基于先前的建立一個(gè)組裝模擬器的經(jīng)驗(yàn)。

      開發(fā)一個(gè)新的約束管理器目標(biāo)在于創(chuàng)造一個(gè)有效的、獨(dú)立的軟件工具,這樣可以容易地被集成到不同的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。這個(gè)系統(tǒng)的要求是:

      1)多平臺(tái)(Unix and Windows);2)場(chǎng)景圖的獨(dú)立;3)多重的約束識(shí)別;4)多重的約束補(bǔ)償;5)刪除破碎的約束;6)自動(dòng)的約束管理。

      約束管理器和主要的應(yīng)用程序之間的信息交流使用一個(gè)有著適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的被定義的API。內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示是基于獨(dú)立于任何場(chǎng)景圖的私人級(jí)別。因?yàn)檫@個(gè)原因,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要在約束管理器中插入每一個(gè)組件的幾何性質(zhì),因?yàn)榧s束管理器有它自己的內(nèi)部數(shù)據(jù)表示方法。這允許主要用于選擇可以約束的對(duì)象,虛擬手,例如,不會(huì)被插入到約束管理器中,因此也不服從幾何約束。

      約束管理器有兩種類型的幾何節(jié)點(diǎn):對(duì)象和表面。對(duì)象是一個(gè)具有表面和可以移動(dòng)的實(shí)體。一個(gè)表面是一個(gè)對(duì)象的外觀。約束管理器支持參數(shù)表面和使用特定的原理來確定它的參數(shù)方程。約束管理器能夠識(shí)別并應(yīng)用不同類型的幾何約束。一個(gè)幾何約束是兩個(gè)表面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)則。這條規(guī)則減少了包含相關(guān)表面和約束它們運(yùn)動(dòng)的對(duì)象的自由度。約束管理器支持圖1上三種不同類型的約束。

      約束識(shí)別程序還必須能夠驗(yàn)證被認(rèn)可和已應(yīng)用的約束。驗(yàn)證是一個(gè)確定約束是否還有效或被破壞的過程。如果一個(gè)相關(guān)表面超過了被定義的臨界值,一個(gè)約束就被破壞了。約束管理器的功能可分為三個(gè)主要的任務(wù):驗(yàn)證現(xiàn)存的約束和確定被破壞的約束;執(zhí)行現(xiàn)有的約束和解決約束運(yùn)動(dòng);識(shí)別新的可能的約束。

      圖1支持的約束:(a)相反的 (b)共線的 (c)同軸的

      這項(xiàng)功能可以結(jié)合到實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段完全自動(dòng)化的約束管理器中。一旦一個(gè)組件的轉(zhuǎn)換傳送給約束管理器,模型會(huì)被搜索,對(duì)被取消的可能破壞的約束。剩下的約束得以執(zhí)行,一個(gè)作為結(jié)果的變換被計(jì)算出來。在一個(gè)位置,搜索約束管理器在移動(dòng)的組件和周圍環(huán)境之間的新約束。

      4系統(tǒng)架構(gòu)

      這一節(jié)描述應(yīng)用的約束管理器的體系結(jié)構(gòu)。圖2展示了一種這種架構(gòu)的圖形表示法。

      約束管理器有一個(gè)分級(jí)的數(shù)據(jù)圖表,維護(hù)所有來自對(duì)象和表面的相關(guān)信息。數(shù)據(jù)圖表可被用于約束管理器的所有模塊:約束求解程序、約束識(shí)別器和過濾器。約束管理器模塊是獨(dú)立的,他們的交互作用被應(yīng)用程序所定義。

      盡管有好的結(jié)果,有大量的工作要做使其成為一個(gè)成熟的系統(tǒng),可以被用作一種虛擬樣機(jī)研究的工具。進(jìn)一步改善現(xiàn)有約束管理器現(xiàn)在正被考慮。這些改善包括發(fā)展一種更有效的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)用過濾器,在識(shí)別新的約束之前。

      參考文獻(xiàn)

      [1]林容,楊慧,安樹蘭.編目格式的重大突破──USMARC的進(jìn)展介紹[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù),1997(S1).

      [2]隋愛娜,吳威,陳小武,趙沁平.基于分布式虛擬環(huán)境的裝配約束語義模型[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2006(03).

      [3]陳爐云.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的遠(yuǎn)程維修服務(wù)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2005(02).

      [4]閻楚良,楊方飛.農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)及展望[J].中國工程科學(xué),2006(09).

      圖2約束管理器的架構(gòu)

      endprint

      摘要虛擬原型工具作為可行的設(shè)計(jì)工具已經(jīng)吸引了整個(gè)行業(yè)的關(guān)注。最重要的一個(gè)挑戰(zhàn)是研究機(jī)構(gòu)延長虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的功能,并超出它現(xiàn)在的人機(jī)工程學(xué)和設(shè)計(jì)評(píng)審范圍。文章提出的一種研究是一個(gè)更大的研究項(xiàng)目的一部分,維修性評(píng)估目的是為了完成在虛擬原型上的維修性評(píng)估。文章論述了設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)幾何約束管理,已被設(shè)計(jì)用來支持在虛擬環(huán)境下的物理實(shí)在性和交互式的裝配和拆卸任務(wù)。約束管理所使用的關(guān)鍵技術(shù)是直接的相互作用、自動(dòng)約束識(shí)別,約束補(bǔ)償和受約束的運(yùn)動(dòng)。各種最優(yōu)化技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)的大型工業(yè)模型。

      關(guān)鍵詞約束管理;虛擬

      中圖分類號(hào):TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)12-0196-02

      1簡(jiǎn)介

      現(xiàn)代市場(chǎng)不僅鼓勵(lì)廠商創(chuàng)造更好的產(chǎn)品,而且迫使他們?cè)诟痰臅r(shí)間尺度里這樣做。并行工程(CE)的概念是鼓勵(lì)公司處理問題,比如在設(shè)計(jì)過程非常早的時(shí)候維護(hù)。然而,缺乏模擬工具阻礙了對(duì)CE的適應(yīng),因此進(jìn)一步的研究必須開發(fā)這樣的工具。一個(gè)發(fā)展階段,仍然缺乏適當(dāng)?shù)木S修仿真工具軟件。維護(hù)操作的仿真允許維護(hù)在早期設(shè)計(jì)階段處理。這就減少了意料之外的問題悄悄進(jìn)入設(shè)計(jì),因?yàn)樗倪M(jìn)展貫穿它的生命周期,從而當(dāng)提高產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)節(jié)省了時(shí)間和金錢。

      在Salford,處于虛擬環(huán)境中心虛擬樣機(jī)技術(shù)小組已經(jīng)對(duì)交互式維護(hù)仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)的適用性進(jìn)行調(diào)查。一個(gè)可以進(jìn)行交互式地模擬現(xiàn)實(shí)的維護(hù)操作的系統(tǒng)是工業(yè)所要求的。這個(gè)研究調(diào)查使用虛擬環(huán)境去評(píng)估一些物理樣機(jī)在可以使用之前進(jìn)行維護(hù)操作。除了加快發(fā)展進(jìn)程,虛擬模型的評(píng)價(jià)也可以減少需要的物理原型的數(shù)量。這樣一個(gè)工具有可能減少上市時(shí)間和開發(fā)成本。

      執(zhí)行維修操作通常是在一個(gè)受限的時(shí)間間隔的有限空間中。操作者的動(dòng)作時(shí)常受到周圍組件和組件間的接觸、沖突所約束是不可避免的。此外,要求維護(hù)時(shí)間需要被控制和最小化。在一個(gè)維修仿真中對(duì)這些問題加以考慮,計(jì)算機(jī)仿真需要現(xiàn)實(shí)。

      2相關(guān)工作

      已有幾個(gè)研究計(jì)劃發(fā)展了總裝模擬器的環(huán)境并且做了大量工作,允許使用者在虛擬環(huán)境中構(gòu)成場(chǎng)景,在解決的許多問題中包含3D對(duì)象的交互式創(chuàng)造。這種系統(tǒng)的問題是當(dāng)虛擬對(duì)象相互作用時(shí)缺乏約束。使用者被局限于相互作用的總數(shù),對(duì)對(duì)象操作不能精確執(zhí)行。支持約束的系統(tǒng)是基于向用戶提供組件的裝配,并且支持被要求在3D空間里對(duì)組件精確的定位。有許多研究工作調(diào)查了裝配虛擬環(huán)境的發(fā)展。約束的自動(dòng)識(shí)別,例如在系統(tǒng)里支持‘相反的、‘一致的、‘相切的和‘同軸的。通過儲(chǔ)存于關(guān)系圖里可計(jì)算的自由度閱讀約束關(guān)系,以便系統(tǒng)可以對(duì)一個(gè)給定的裝配部分確定許可的運(yùn)動(dòng)。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境被使用于IRIS Inventor圖形工具包。當(dāng)子對(duì)象在裝配中被控制,無法從子對(duì)象到上層對(duì)象支持約束傳播;對(duì)于CAD的數(shù)據(jù)輸入虛擬環(huán)境缺乏一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)翻譯器。

      3系統(tǒng)定義

      這部分描述了約束管理器的功能來源于它的需求,這些需求是基于先前的建立一個(gè)組裝模擬器的經(jīng)驗(yàn)。

      開發(fā)一個(gè)新的約束管理器目標(biāo)在于創(chuàng)造一個(gè)有效的、獨(dú)立的軟件工具,這樣可以容易地被集成到不同的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中。這個(gè)系統(tǒng)的要求是:

      1)多平臺(tái)(Unix and Windows);2)場(chǎng)景圖的獨(dú)立;3)多重的約束識(shí)別;4)多重的約束補(bǔ)償;5)刪除破碎的約束;6)自動(dòng)的約束管理。

      約束管理器和主要的應(yīng)用程序之間的信息交流使用一個(gè)有著適當(dāng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的被定義的API。內(nèi)部數(shù)據(jù)的表示是基于獨(dú)立于任何場(chǎng)景圖的私人級(jí)別。因?yàn)檫@個(gè)原因,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要在約束管理器中插入每一個(gè)組件的幾何性質(zhì),因?yàn)榧s束管理器有它自己的內(nèi)部數(shù)據(jù)表示方法。這允許主要用于選擇可以約束的對(duì)象,虛擬手,例如,不會(huì)被插入到約束管理器中,因此也不服從幾何約束。

      約束管理器有兩種類型的幾何節(jié)點(diǎn):對(duì)象和表面。對(duì)象是一個(gè)具有表面和可以移動(dòng)的實(shí)體。一個(gè)表面是一個(gè)對(duì)象的外觀。約束管理器支持參數(shù)表面和使用特定的原理來確定它的參數(shù)方程。約束管理器能夠識(shí)別并應(yīng)用不同類型的幾何約束。一個(gè)幾何約束是兩個(gè)表面之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)則。這條規(guī)則減少了包含相關(guān)表面和約束它們運(yùn)動(dòng)的對(duì)象的自由度。約束管理器支持圖1上三種不同類型的約束。

      約束識(shí)別程序還必須能夠驗(yàn)證被認(rèn)可和已應(yīng)用的約束。驗(yàn)證是一個(gè)確定約束是否還有效或被破壞的過程。如果一個(gè)相關(guān)表面超過了被定義的臨界值,一個(gè)約束就被破壞了。約束管理器的功能可分為三個(gè)主要的任務(wù):驗(yàn)證現(xiàn)存的約束和確定被破壞的約束;執(zhí)行現(xiàn)有的約束和解決約束運(yùn)動(dòng);識(shí)別新的可能的約束。

      圖1支持的約束:(a)相反的 (b)共線的 (c)同軸的

      這項(xiàng)功能可以結(jié)合到實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段完全自動(dòng)化的約束管理器中。一旦一個(gè)組件的轉(zhuǎn)換傳送給約束管理器,模型會(huì)被搜索,對(duì)被取消的可能破壞的約束。剩下的約束得以執(zhí)行,一個(gè)作為結(jié)果的變換被計(jì)算出來。在一個(gè)位置,搜索約束管理器在移動(dòng)的組件和周圍環(huán)境之間的新約束。

      4系統(tǒng)架構(gòu)

      這一節(jié)描述應(yīng)用的約束管理器的體系結(jié)構(gòu)。圖2展示了一種這種架構(gòu)的圖形表示法。

      約束管理器有一個(gè)分級(jí)的數(shù)據(jù)圖表,維護(hù)所有來自對(duì)象和表面的相關(guān)信息。數(shù)據(jù)圖表可被用于約束管理器的所有模塊:約束求解程序、約束識(shí)別器和過濾器。約束管理器模塊是獨(dú)立的,他們的交互作用被應(yīng)用程序所定義。

      盡管有好的結(jié)果,有大量的工作要做使其成為一個(gè)成熟的系統(tǒng),可以被用作一種虛擬樣機(jī)研究的工具。進(jìn)一步改善現(xiàn)有約束管理器現(xiàn)在正被考慮。這些改善包括發(fā)展一種更有效的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)用過濾器,在識(shí)別新的約束之前。

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      圖2約束管理器的架構(gòu)

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