孫依黎

摘 要 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(lái)自對(duì)象和表面的相關(guān)信息。

關(guān)鍵詞 約束管理；優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0178-01

1 數(shù)據(jù)圖表

數(shù)據(jù)圖表是一個(gè)分層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)維護(hù)約束管理器的相關(guān)信息。它代表了約束管理器有的關(guān)于虛擬環(huán)境內(nèi)組件的所有知識(shí)。數(shù)據(jù)圖是有組織的，像一個(gè)平坦的場(chǎng)景圖，最高層的節(jié)點(diǎn)代表對(duì)象，分叉節(jié)點(diǎn)代表表面。有效的轉(zhuǎn)變是轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)動(dòng)，而不是比例。對(duì)象可以通過(guò)直接操作或因其他對(duì)象的運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化。對(duì)象可被固定在三維空間中，以防止如果無(wú)法被移動(dòng)。

2 約束求解器

約束求解器是一個(gè)管理應(yīng)用幾何約束的模塊。求解器決定了轉(zhuǎn)換適用于不固定的對(duì)象，所以應(yīng)用約束是被強(qiáng)制執(zhí)行的。這也是該求解器適用于新的約束，在三維環(huán)境下清除已有的并修復(fù)對(duì)象。潛在的這個(gè)模塊是D-Cubed 3D DCM庫(kù)，計(jì)算被約束對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。約束求解器維護(hù)了一系列應(yīng)用的約束。應(yīng)用的約束是被強(qiáng)制執(zhí)行的約束，并決定對(duì)象的轉(zhuǎn)變。約束只適用于明顯對(duì)象的表面，因?yàn)檫@個(gè)庫(kù)只支持剛體。這意味著一個(gè)相同對(duì)象的不同表面對(duì)于彼此相對(duì)固定，沒(méi)有約束可以被應(yīng)用于它們之間。

所有的轉(zhuǎn)變都經(jīng)過(guò)約束求解器。一個(gè)新的轉(zhuǎn)變對(duì)于一個(gè)對(duì)象意味著這個(gè)對(duì)象被從當(dāng)前的位置移動(dòng)到了一個(gè)新的位置。求解器決定是否這個(gè)運(yùn)動(dòng)可能或不可能，以及，如果不可能，它會(huì)計(jì)算另一種位置。一個(gè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)也會(huì)影響其他被約束對(duì)象的位置。求解器也計(jì)算被約束對(duì)象的新位置，并更新這些對(duì)象的位置。

3 約束識(shí)別器

約束識(shí)別器識(shí)別新的可能得約束并確認(rèn)現(xiàn)有的約束。應(yīng)用程序會(huì)指定一系列被用于搜索新約束的對(duì)象和被用于探測(cè)新約束的可能得表面。如果應(yīng)用程序可以確定表面之間的碰撞，它能發(fā)送那些碰撞表面到約束識(shí)別器中。這會(huì)加速識(shí)別過(guò)程，因?yàn)樗鼫p少了一定數(shù)量的表面被探測(cè)。

用于識(shí)別新約束的方法也經(jīng)常用于驗(yàn)證現(xiàn)有的約束。驗(yàn)證過(guò)程是建立在原理之上的。驗(yàn)證是發(fā)生在現(xiàn)有約束被執(zhí)行之前的，否則現(xiàn)有的約束將永遠(yuǎn)被認(rèn)可。不被認(rèn)可的現(xiàn)有約束會(huì)被添加到破壞的約束的列表中。約束管理器有一組變量用來(lái)定義識(shí)別過(guò)程的界值。這些公差確定了臨界值下面的約束是被認(rèn)可還是可通過(guò)應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)調(diào)整。三個(gè)識(shí)別臨界值是線性的界值，角容限和破壞因素。線性寬容是兩個(gè)平面之間的最大距離（或軸，如果兩個(gè)圓柱體是相關(guān)的），角容限是兩個(gè)平面之間的最大角度，破壞因素是當(dāng)約束是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的時(shí)候多種線性界值和角容限的換算系數(shù)。一個(gè)破壞因素大于1，這意味著它相比打破現(xiàn)有的約束更容易識(shí)別新的約束。增加了更多的困難因素使約束打破斷了。越來(lái)越多破壞因素使約束更難被打破壞了。

4 過(guò)濾器

需要過(guò)濾器將一定數(shù)量經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的約束減少到最小限度。它將三個(gè)約束對(duì)一個(gè)對(duì)象到另一個(gè)完全修復(fù)。過(guò)濾器的功能是有選擇性的從他們的名單中移動(dòng)公認(rèn)的約束。對(duì)過(guò)濾原理的需求提高了，當(dāng)我們用工業(yè)案例研究測(cè)試約束管理器。

通過(guò)約束管理器提供的一些目前的過(guò)濾器包括：表面置換：過(guò)濾有指定類(lèi)型的約束的接近表面；柱面半徑：在不同的柱面半徑之間檢測(cè)移動(dòng)的同軸約束；柱面定義：清除復(fù)制的柱面約束包括不同的具有完全相同幾何學(xué)的圓柱體表面；約束類(lèi)型：拆除所有指定類(lèi)型的約束。

4.1 識(shí)別器最優(yōu)化

約束識(shí)別器被整合在一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的框架中，它增加了一對(duì)對(duì)象來(lái)代替一對(duì)表面被識(shí)別進(jìn)入列表。識(shí)別器然后從所有可能的表面的組合中創(chuàng)造一個(gè)表面配對(duì)列表。一個(gè)對(duì)象與X表面和另一個(gè)與Y表面導(dǎo)致X*Y表面的配對(duì)。通過(guò)原始模型在兩個(gè)組件之間識(shí)別約束需要400個(gè)表面配對(duì)被檢測(cè)，當(dāng)工業(yè)案例研究這一數(shù)字時(shí)增加到40萬(wàn)表面配對(duì)。

為了減少一定數(shù)量的配對(duì)表面被檢測(cè)，空間信息被添加到每一個(gè)表面里。這個(gè)空間信息目的在于減少一定數(shù)量的表面被考慮，在很低的運(yùn)算量之下。由于這個(gè)原因，我們實(shí)施了軸心對(duì)齊單元平面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軸線對(duì)齊規(guī)定的網(wǎng)格是它們與定向的邊界框相比的較低計(jì)算量。這種優(yōu)勢(shì)是在準(zhǔn)確性的支出，但是一旦其意圖是迅速拋棄表面，明顯超越感興趣的區(qū)域，它提供了一個(gè)良好的折衷辦法。

這個(gè)空間濾波器被作為一種預(yù)處理步驟，當(dāng)一個(gè)組件被添加到約束管理器中。一個(gè)范圍框?qū)槊總€(gè)組件創(chuàng)造，通過(guò)增加所有它的邊界框表面。組件的邊界框然后被分為八個(gè)平等的空間單元，每個(gè)表面被指定到空間單元供它使用。識(shí)別器之前在兩個(gè)組件表面之間的約束，識(shí)別器決定每個(gè)組件的哪些單元是交叉的。這個(gè)信息然后被用來(lái)過(guò)濾表面配對(duì)測(cè)試：只有在交叉單元的表面會(huì)被搜索可能的約束?？臻g信息的關(guān)聯(lián)是表面迅速減少，一定數(shù)量的表面在新的約束識(shí)別中被認(rèn)可。利用這一新的執(zhí)行，識(shí)別器的工作少于30毫秒，先前花了近200毫秒去選定的工業(yè)案例研究。

4.2 求解器最優(yōu)化

所有的組件都是利用約束管理器轉(zhuǎn)化的。約束管理器從求解器收到了轉(zhuǎn)化或放著不管的指令。求解器決定了執(zhí)行應(yīng)用約束最終的對(duì)象。性能評(píng)價(jià)表明，三維DCM庫(kù)使用大多數(shù)時(shí)間，甚至是對(duì)無(wú)約束的對(duì)象。實(shí)驗(yàn)也顯示，轉(zhuǎn)換部件所需的時(shí)間，相較于組件的復(fù)雜性更取決于約束的應(yīng)用。約束管理器可以被使用在工業(yè)模型交互式維護(hù)仿真。最初實(shí)施的約束管理器需要大約250毫秒每次相互作用對(duì)完全自動(dòng)化的約束管理，所以不能相互使用。約束管理器最佳的版本需要大約50毫秒去做相同的工作。我們發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)可以接受的模擬時(shí)間給復(fù)雜的使用元件。

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(guò)濾器，在識(shí)別新的約束之前。

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