Sviluppo di ambienti in realtà
virtuale per il monitoraggio
remoto di Robot Articolati
Relatore:
Prof. Luca Zaccarian
Laureando:
Roberto Antonelli
Obiettivo
Sviluppo di una libreria grafica per la rappresentazione
prospettica di robot antropomorfi in ambiente Linux
Scortec-ER I
Scorbot-ER
Campi di Applicazione
• Monitoraggio Remoto
Verifica del comportamento del
robot senza essere vincolati
alla vicinanza fisica
• Azionamento Remoto
Specificazione dei compiti
assegnati al robot in ambiente
user friendly
• Simulazione
Simulazione del comportamento
del robot in seguito ad uno
spostamento, prima di
compierlo realmente
Legge Prospettica
• Intuizione: Più un oggetto è lontano, più tende a rimpicciolirsi
• Formalizzazione: Trasformazione Prospettica
Rappresentazione Prospettica
Struttura Complessa
Ciascun Elemento
Insieme di Elementi
Insieme di Vertici
Rappresentazione dei Robot Articolati
• Scomposizione
dei robot in
elementi
• Scomposizione
degli elementi in
vertici
Scorbot-ER
15 Elementi
2170 vertici
Scortec-ER I
12 Elementi
1036 vertici
Rappresentazione dei Robot Articolati
Rappresentazione
tridimensionale
del robot
Scorbot-ER
Rappresentazione
tridimensionale
del robot
Scortec-ER I
Robot tridimensionale
Elementi Costituenti del
Robot 3D
Vertici di ciascun elemento
Libreria OpenGL
• Insieme di funzioni chiamabili da un programma personalizzato
• Permette di produrre su un display una rappresentazione di una scena
tridimensionale.
• Per creare una scena, la libreria OpenGL si basa su due concetti
fondamentali:
Forme Primitive
Sorgenti di Illuminazione
Direzionale: la sorgente viene considerata
•Punti
•Linee
•Quadrilateri
•Poligoni
come un punto all’infinito
Puntiforme: i raggi vengono generati
uniformemente in tutte le direzioni
a partire da un punto
Spot: come le sorgenti puntiformi ma l’emissione
dei raggi è limitata ad un cono con vertice
nel punto della sorgente
Framebuffer
• Finestra di memoria mappata sulla scheda video
• Per rendere fluida la visualizzazione del
movimento si lavora in parallelo su due
pagine video, utilizzando
il “framebuffer”:
Pagina 1  Schermo effettivo
Pagina 0  Schermo virtuale
• Nella pagina 2 si traccia il fotogramma;
a tracciamento completato si scambiano le
due pagine ottenendo visualizzazione
immediata:
Pagina 1  Schermo virtuale
Pagina 0  Schermo effettivo
Generazione di un frame del Robot
Inizializzazione
Vertici
Ricostruzione
Elementi
Lettura
Encoder
NO
Vengono caricati in
memoria tutti i vertici
Si raggruppano i vertici
di tutti gli elementi
in insiemi prestabiliti
Viene
l’ordine
dirobot 3D
perdeterminato
ricostruire
Gli
elementi
del
verifica
se ilschermo
robot
visualizzazione
sullo
ogniSielemento
Peracquisite
ogni elemento
vengono
tracciati
sullo del
Vengono
fisico
e
la
sua
degli elementischermo
in modo
da
ottenere
robot
si
calcola la
virtuale
le
posizioni
angolari
rappresentazione
3D
Trasferimento
del
framebuffer
una sovrapposizione
corretta
posizione
e
l’orientamento
nell’ordine
prestabilito
dei
giunti
del
robot
si trovano
nella
stessa
sullo
schermo
nello spazio 3D
posizione
Verifica
Movimento
SI
Coordinate 3D
degli elementi
Tabella
Precendenze
Rappresentazione
3D sul framebuffer
Swap
Utilizzo esterno della libreria
• La libreria è costruita per essere facilmente impiegata in un programma C
• Due modalità di impiego:
1. Modalità Statica:
• Inizializzazione:
viene inserita nel main() del programma principale
ScortInitGrafica(parametri della finestra di visualizzazione)
• Tracciamento frame:
viene inserita quando si vuole visualizzare il robot
ScortMovimento(Angoli di giunto, Stato effettore)
2. Modalità Dinamica:
• Inizializzazione:
viene inserita nel main() del programma principale
ScortInitGrafica(parametri della finestra di visualizzazione)
• Impostazione animazione: per creare una scena animata si deve inserire il
tracciamento del frame in una procedura dedicata
void ScortMain()
• Tracciamento frame:
viene inserita quando si vuole visualizzare il robot
ScortMovimento(Angoli di giunto, Stato effettore)
Esempio di Applicazione
Ripresa da Webcam
posizionata davanti
allo Scortec-ER I
Ripresa da Webcam
posizionata davanti allo
schermo del PC
Conclusioni
• Rappresentazione 3D robot Scortec-ER I
• Rappresentazione 3D robot Scorbot-ER
• Creazione libreria Grafica interfacciabile
Scortec-ER I virtuale
Scorbot-ER virtuale