DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.

Procedimiento de desplazamiento de un objeto articulado virtual (10) según una sucesión de movimientos elementales en un entorno virtual (13),

estando referenciado el objeto articulado (10) en este entorno (13) por una posición global, una orientación global y una pluralidad de ángulos de articulación que definen la posición de un conjunto de elementos articulados (11) que componen dicho objeto articulado, según una pluralidad de grados de libertad, procedimiento que incluye las etapas siguientes: - calcular una distancia de interacción entre el objeto articulado (10) y su entorno (13); - extraer de dicha distancia de interacción un primer punto (P1) perteneciente a uno de los elementos (11) del objeto articulado (10) y un segundo punto (P2) perteneciente al entorno (13); - definir un vector de extracción único (V) a partir de dichos primer y segundo puntos (P1, P2); y - alejar el objeto articulado (10) de su entorno (13) según un movimiento definido en función del vector de extracción único (V), movimiento de alejamiento que se realiza según un movimiento de traslación actuando sobre la posición global del objeto articulado, y un movimiento de rotación actuando sobre la orientación global del objeto articulado, y un movimiento de rotación articular actuando al nivel de cada una de las articulaciones que pertenecen a una cadena de articulaciones que preceden al elemento del objeto articulado al cual pertenece dicho primer punto; caracterizado porque el cálculo del movimiento de rotación que actúa sobre la orientación global del objeto articulado (10) incluye las etapas siguientes: - definir un primer vector global (V1g) entre el centro de gravedad (G) del objeto articulado (10) y el origen del vector de extracción (V); - definir un segundo vector global (V2g) entre el centro de gravedad (G) del objeto articulado (10) y el extremo del vector de extracción (V); - calcular un ángulo de rotación global (θg) haciendo coincidir el primer vector global sobre el segundo vector global; - calcular un o los ángulos elementales de rotación global descomponiendo dicho ángulo de rotación global según el o los ejes que definen la orientación global del objeto articulado (10); y - girar el objeto articulado (10) según un o los ángulos proporcionales a dicho o a dichos ángulos elementales de rotación global

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E04292230.

Solicitante: SNECMA.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 2, BOULEVARD DU GÉNÉRAL MARTIAL VALIN 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: MAILLE,BRUNO, RAMSTEIN,EDOUARD, CHEDMAIL,PATRICK.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 17 de Septiembre de 2004.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G06T13/40 FISICA.G06 CALCULO; CONTEO.G06T TRATAMIENTO O GENERACIÓN DE DATOS DE IMAGEN, EN GENERAL.G06T 13/00 Animación. › de caracteres, p. ej. humanos, animales o seres virtuales.
  • G06T17/40

Clasificación PCT:

  • G06T13/40 G06T 13/00 […] › de caracteres, p. ej. humanos, animales o seres virtuales.

Clasificación antigua:

  • G06T15/70
  • G06T17/40

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2359239_T3.pdf

 

Ilustración 1 de DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.
Ilustración 2 de DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.
Ilustración 3 de DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.
Ilustración 4 de DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.
Ilustración 5 de DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.
DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO ARTICULADO VIRTUAL EN UN ENTORNO VIRTUAL EVITANDO LAS COLISIONES ENTRE EL OBJETO ARTICULADO Y EL ENTORNO.

Fragmento de la descripción:

Desplazamiento de un objeto articulado virtual en un entorno virtual evitando las colisiones entre el objeto articulado y el entorno.

Dominio de la invención

La presente invención se refiere al dominio de la simulación del desplazamiento de un objeto articulado virtual en un entorno virtual. En particular, la invención se refiere a la evitación de colisiones entre el objeto articulado y su entorno.

Antecedentes de la invención

En numerosas industrias, tales como la aeronáutica o la espacial, se recurre corrientemente a modelizaciones en realidad virtual. Por ejemplo, se utiliza a menudo un modelo numérico para evaluar las interferencias entre diferentes piezas.

Así mismo, la modelización puede ser utilizada para simular acciones humanas o robóticas en un entorno definido con el fin de visualizar, por ejemplo, los desplazamientos que un técnico o un robot deberá realizar para efectuar estas acciones. Esto es útil para validar y optimizar la accesibilidad a ciertas piezas de un dispositivo, como las de un motor de avión, que requieran inspecciones y mantenimientos regulares.

Así, la facilidad de acceso a los diferentes elementos de un dispositivo puede ser controlada virtualmente a partir de la modelización de estas últimas, gracias a una simulación por medio de un objeto articulado virtual.

Un objeto articulado virtual es un conjunto de datos numéricos que definen un sistema cinemático caracterizado por varios elementos articulados según una pluralidad de grados de libertad.

Así, en un instante dado, el objeto articulado virtual puede estar definido por su posición y orientación en un espacio métrico y por los valores de los grados de libertad de las articulaciones. Estos datos, así como los parámetros que definen el entorno del objeto articulado virtual, pueden ser almacenados en un soporte de datos numéricos.

La utilización de un objeto articulado virtual para este tipo de aplicación existe ya.

En efecto, un ejemplo está dado por el artículo de Chedmail, Damay y Le Roy, titulado "Réalité virtuelle, maquette numérique du produit, outils de distribution et partage de la conception" (Journées Priméca, La Plagne 7-9 de abril de 1.999).

Este artículo propone un método para validar la accesibilidad en el montaje/desmontaje de un objeto en un entorno altamente ocupado y que utiliza un modelo de desplazamiento de dos brazos articulados virtuales en un entorno virtual.

Con el fin de evitar la colisión entre los brazos articulados y el entorno, el método propuesto en el artículo de Chedmail y otros, utiliza el cálculo de un gradiente de una línea de colisión con respecto a los grados de libertad de los brazos articulados.

Los cálculos de los gradientes por diferencia finita necesitan realizar numerosos desplazamientos de cada articulación de los brazos articulados y, para cada desplazamiento, es necesario un cálculo de la longitud de la línea de colisión. Este método es muy lento ya que es muy costoso en tiempo de cálculo.

Otros ejemplos están descritos en el documento de Anderson y otros "Using virtual objects to aid underground storage tank teleoperation" Robotics and automation, conferencia internacional del IEEE de 1.994 en San Diego, CA, EE.UU. y en el documento de Bond y otros, "On-line collision avoidance for the Ranger telerobotic flight experiment" Robotics and automation, conferencia internacional del IEEE de 1.996 en Minneapolis, MN, EE. UU. Estos métodos son también muy costosos en tiempo de cálculo.

Objeto y Resumen de la invención

La presente invención está dirigida a remediar los inconvenientes citados anteriormente proponiendo un procedimiento y un sistema que permiten simular el desplazamiento o la manipulación de un objeto articulado evitando las colisiones de este último con su entorno a la vez que limita el tiempo de cálculo.

Estos objetivos se alcanzan gracias a un procedimiento de desplazamiento de un objeto articulado virtual según una sucesión de movimientos elementales en un entorno virtual, estando referenciado el objeto articulado en este entorno por una posición global, una orientación global y una pluralidad de ángulos de articulación que definen la posición de un conjunto de elementos articulados que componen dicho objeto articulado, según una pluralidad de grados de libertad, procedimiento que incluye las etapas siguientes:

- calcular una distancia de interacción entre el objeto articulado y su entorno;

- extraer de dicha distancia de interacción un primer punto perteneciente a uno de los elementos del objeto articulado y un segundo punto perteneciente al entorno;

- definir un vector de extracción único a partir de dichos primer y segundo puntos; y

- alejar el objeto articulado de su entorno según un movimiento definido en función del vector de extracción único, movimiento de alejamiento que se realiza según un movimiento de traslación, actuando sobre la posición global del objeto articulado, y un movimiento de rotación, actuando sobre la orientación global del objeto articulado, y un movimiento de rotación articular, actuando al nivel de cada una de las articulaciones que pertenecen a una cadena de articulaciones que preceden al elemento del objeto articulado al cual pertenece dicho primer punto;

incluyendo el cálculo del movimiento de rotación que actúa sobre la orientación global del objeto articulado las etapas siguientes:

- definir un primer vector global entre el centro de gravedad del objeto articulado y el origen del vector de extracción;

- definir un segundo vector global entre el centro de gravedad del objeto articulado y el extremo del vector de extracción;

- calcular un ángulo de rotación global que hace coincidir el primer vector global sobre el segundo vector global;

- calcular un o los ángulos elementales de rotación global descomponiendo dicho ángulo de rotación global según el o los ejes que definen la orientación global del objeto articulado; y

- girar el objeto articulado según un o los ángulos proporcionales a dicho o a dichos ángulos elementales de rotación global.

Así, el procedimiento según la invención utiliza un solo cálculo de distancia de interacción para alejar el objeto articulado de su entorno. Esto permite una gran simplicidad y una ganancia de tiempo importante.

El procedimiento según la invención incluye, además, una etapa que determina, después de cada movimiento elemental de dicha sucesión de movimientos elementales, si sobreviene una colisión entre el objeto articulado y su entorno.

Según un primer modo de realización de la invención, la distancia de interacción corresponde a una profundidad de penetración, de suerte que el vector de extracción es igual a las coordenadas del segundo punto menos las del primer punto, permitiendo la profundidad de penetración el desplazamiento del objeto articulado con una colisión limitada y controlada con su entorno.

Según un segundo modo de realización de la invención, la distancia de interacción corresponde a una distancia mínima, de suerte que el vector de extracción es igual a las coordenadas del primer punto menos las del segundo punto, permitiendo la distancia mínima el desplazamiento del objeto articulado sin colisión con su entorno.

El procedimiento incluye, además, una etapa de anulación del último movimiento elemental de dicha sucesión de movimientos elementales cuando sobreviene una colisión entre el objeto articulado y su entorno.

Ventajosamente, dichas etapas de extracción de los primer y segundo puntos de definición del vector de extracción y de alejamiento del objeto articulado, no son ejecutadas cuando no sobreviene una colisión entre el objeto articulado y el entorno.

Según una primera particularidad de la invención, el alejamiento del objeto articulado de su entorno puede ser realizado según un movimiento de traslación proporcional a las componentes del vector de extracción actuando sobre la posición global del objeto articulado.

Según otra particularidad de la invención, el alejamiento del objeto articulado de su entorno se realiza según... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de desplazamiento de un objeto articulado virtual (10) según una sucesión de movimientos elementales en un entorno virtual (13), estando referenciado el objeto articulado (10) en este entorno (13) por una posición global, una orientación global y una pluralidad de ángulos de articulación que definen la posición de un conjunto de elementos articulados (11) que componen dicho objeto articulado, según una pluralidad de grados de libertad, procedimiento que incluye las etapas siguientes:

- calcular una distancia de interacción entre el objeto articulado (10) y su entorno (13);

- extraer de dicha distancia de interacción un primer punto (P1) perteneciente a uno de los elementos (11) del objeto articulado (10) y un segundo punto (P2) perteneciente al entorno (13);

- definir un vector de extracción único (V) a partir de dichos primer y segundo puntos (P1, P2); y

- alejar el objeto articulado (10) de su entorno (13) según un movimiento definido en función del vector de extracción único (V), movimiento de alejamiento que se realiza según un movimiento de traslación actuando sobre la posición global del objeto articulado, y un movimiento de rotación actuando sobre la orientación global del objeto articulado, y un movimiento de rotación articular actuando al nivel de cada una de las articulaciones que pertenecen a una cadena de articulaciones que preceden al elemento del objeto articulado al cual pertenece dicho primer punto;

caracterizado porque el cálculo del movimiento de rotación que actúa sobre la orientación global del objeto articulado (10) incluye las etapas siguientes:

- definir un primer vector global (V1g) entre el centro de gravedad (G) del objeto articulado (10) y el origen del vector de extracción (V);

- definir un segundo vector global (V2g) entre el centro de gravedad (G) del objeto articulado (10) y el extremo del vector de extracción (V);

- calcular un ángulo de rotación global (θg) haciendo coincidir el primer vector global sobre el segundo vector global;

- calcular un o los ángulos elementales de rotación global descomponiendo dicho ángulo de rotación global según el o los ejes que definen la orientación global del objeto articulado (10); y

- girar el objeto articulado (10) según un o los ángulos proporcionales a dicho o a dichos ángulos elementales de rotación global.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además una etapa que determina, después de cada movimiento elemental de dicha sucesión de movimientos elementales si sobreviene una colisión entre el objeto articulado (10) y su entorno (13).

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la distancia de interacción corresponde a una profundidad de penetración, de suerte que el vector de extracción (V) es igual a las coordenadas del segundo punto (P2) menos las del primer punto (P1), permitiendo la profundidad de penetración el desplazamiento del objeto articulado (10) con una colisión limitada y controlada con su entorno (13).

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la distancia de interacción corresponde a una distancia mínima, de suerte que el vector de extracción (V) es igual a las coordenadas del primer punto (P1) menos las del segundo punto (P2), permitiendo la distancia mínima el desplazamiento del objeto articulado (10) sin colisión con su entorno (13).

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque incluye, además, una etapa de anulación del último movimiento elemental de dicha sucesión de movimientos elementales cuando sobreviene una colisión entre el objeto articulado (10) y su entorno (13).

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichas etapas de extracción de los primer y segundo puntos (P1, P2), de definición del vector de extracción (V) y de alejamiento del objeto articulado (10), no son ejecutadas cuando no sobreviene una colisión entre el objeto articulado (10) y el entorno (13).

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el movimiento de traslación es proporcional a las componentes del vector de extracción (V) que actúa sobre la posición global del objeto articulado (10).

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el movimiento de rotación articular que actúa al nivel una articulación dada (12a) de cada una de las articulaciones que pertenecen a la cadena de articulaciones que preceden al elemento del objeto articulado al cual pertenece dicho primer punto, incluye las etapas siguientes:

- definir un primer vector local (V1l) entre el centro de articulación de dicha articulación dada (12a) y el origen del vector de extracción (V);

- definir un segundo vector local (V2l) entre el centro de articulación de dicha articulación dada y el extremo del vector de extracción (V);

- calcular un ángulo de rotación local (θl) haciendo coincidir el primer vector local sobre el segundo vector local;

- calcular un o los ángulos elementales de rotación articular descomponiendo dicho ángulo de rotación local según el o los ejes que definen el o los grados de libertad que corresponden a dicha articulación dada; y

- girar el elemento articulado (10) al nivel de dicha articulación dada según un o los ángulos proporcionales a dicho o a dichos ángulos elementales de articulación.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el ángulo de rotación global (θg) es calculado por medio de un producto vectorial global entre los primer y segundo vectores globales, y el ángulo de rotación local (θl) es calculado por medio de un producto vectorial local entre los primer y segundo vectores locales

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el o los ángulos elementales de rotación global son calculados por medio de un o los productos escalares entre el producto vectorial global y el o lo ejes de la orientación global, y el o los ángulos elementales de articulación son calculados por medio de un o los productos escalares entre el producto vectorial local y el o los ejes de grado de libertad de la articulación dada.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el desplazamiento del objeto articulado (10) es implementado por medio de un agente de atracción (22, 32) que actúa sobre la posición global, y/o la orientación global, y/o la pluralidad de grados de libertad del objeto articulado.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el alejamiento del objeto articulado de su entorno es implementado por medio de un agente de deslizamiento (21, 31) que actúa sobre la posición global, y/o la orientación global, y/o la pluralidad de grados de libertad del objeto articulado.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el procedimiento incluye, además, una etapa de desplazamiento del objeto articulado (10) en tiempo real por un operador por medio de un agente de operador (23, 33) que actúa sobre la posición y/o la orientación y/o la pluralidad de grados del objeto articulado.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el objeto articulado (10) es un maniquí virtual (10a) que se desplaza sobre un suelo del entorno virtual, estando el maniquí definido por una posición sobre el suelo virtual, una orientación alrededor de un eje vertical perpendicular a dicho suelo y que pasa por el centro de gravedad del maniquí y la pluralidad de ángulos de articulación que define el conjunto de sus elementos articulados.

15. Programa informático caracterizado porque está concebido para implementar el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 cuando es ejecutado por un ordenador (1).


 

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