Jednostruki kinematički lanci u JAVA programskom okruženju

Student: Marko Perković
Mentor: prof. dr. sc. Leo Budin

Jednostruki kinematički lanac je niz zglobova međusobno povezanih čvrstim vezama ali koji nema grananja, tj. iz jednog zgloba se nikada ne šire dva (ili više) segmenta (ili kinematička lanca).

U okviru konstrukcijskog rada napravio sam program IK u kojem je ostvaren jednostruki kinematički lanac u 2D prostoru. Ime programa IK dolazi od pojma Inverzna Kinematika.

U okviru diplomskog rada napravio sam i program IK3d u kojem je ostvaren jednostruki kinemtički lanac u 3D prostoru.

Program IK

U kontrolnom panelu koji se nalazi s desne strane možete ostvariti slijedeća namještanja:

izabrati CCD Orginal ili CCD Improved algoritam pomoću kojih se izračunava pozicija segmenata,
odabrati način zadavanja ciljne točke mišem, Move, Click ili Step by step,
kliznikom Number of joints odabire se broj segmenata modela,
kliznikom Length određuje se duljina odabranog segmenta,
kliznikom Max Angle određuje se raspon za koji se odabrani segment može zarotirati,
kliznikom Angle određuje se trenutni kut za koji je zakrenut odabrani segment,
grupom gumbova Select Joint odabire se segment za koji se žele namještati parametri.

Da biste pokrenuli program IK trebate na svom računalu imati instaliran sljedeći Java plugin:

Java 2 Runtime Enviroment Standard Edition v1.3.0_04

Evo linka na stranice gdje ga možete besplatno skinuti:

http://java.sun.com/j2se/1.3/jre/index.html

Nakon što instalirate dodatak ugasite i ponovo pokrenite operacijski sustav (eng. restart).

Ovo je link na HTML stranicu koja pokreće program - IK.html

Izvorni kod programa IK:

Program IK3d

Prethodna slika prikazuje program IK3d nakon što je učitan 3D model Ruka s dodatno uključenom opcijom Tijelo kojom se uključuje iscrtavanje jednog kvadra koji predstavlja ljudsko tijelo. Opciju Tijelo napravio sam radi toga da olakšam orijentaciju u pogledima prilikom rada sa 3D modelima Ruka i Noga. Kada je izabran 3D model Osnovni nije moguće uključiti ovu opciju.

Na ovoj slici nalazi se prikaz kontrolnog panela koji je pokrenut za vrijeme dok je u program IK3d učitan 3D model Osnovni. Vrijednosti parametara mogu se namještati pomoću kliznika (eng. sliders), a odabir željenog segmenta i osi rotacije izvodi se pomoću grupa radio gumbova (eng. radio buttons). Ostale opcije moguće je namjestiti pomoću kontrolnih kučica (eng. check box) i gumbova (eng. buttons).

Slijedi opis kontrolnog panela:

Kliznikom Broj segmenata određuje se broj segmenata od koji se sastoji 3D model. Može se napraviti 3D model s najviše 8 segmenata, a taj broj izabran je bez nekog posebnog razloga (mogao je biti i veći).
Ispod kliznika Broj segmenata nalazi se grupa radio gumbova Izaberi segment kojima se odabire jedan od segmenata dotičnog 3D modela. Izabranom segmentu mogu se tada namještati parametri s ostalim kontrolama.
Pomoću kliznika Duzina i Radius namješta se dužina i radius izabranog segmenta, pomoću kojih se kreira valjak (eng. cylinder) koji će predstavljati 3D model izabranog segmenta.
Kliznicima Pocetni kut X i Pocetni kut Y namještaju se iznosi kuteva za koje će se izabrani segment zarotirati prilikom inicijalizacije, odnosno ovim kutevima namještamo početni položaj izabranog segmenta.
Pomoću kliznika Udaljenost od scene moguće je namjestiti udaljenost površine za sliku (eng. image plate) od ishodišta prividnog svijeta. Izabrana udaljenost primjenjuje se na sva četiri pogleda u prividni svijet (Nacrt, Tlocrt, Bokocrt i Perspektiva).
Kontrolna kučica Nema raspona (samo granice) nalazi se na vrhu desne strane kontrolnog panela, a s njom se određuje da za izabrani segment neće biti dozvoljena rotacija oko izabrane osi u rasponu od donje do gornje granice, već će biti raspoloživi samo kutevi koji su navedeni kao donja i gornja granica.
Pomoću kliznika Donja granica i Gornja granica namještaju se donja i gornja granica pripadajuće osi izabranog segmenta.
Grupom gumbova Rotacija oko odabire se os rotacije (x, y ili z) za koju se namještaju vrijednosti parametara pomoću kliznika Donja granica i Gornja granica, te kontrolnom kučicom Nema raspona (samo granice).
Tri mala platna Nacrt, Tlocrt i Bokocrt (to su ustvari paneli koji sadrže objekt tipa Canvas - platno) koji se nalaze u kontrolnom panelu služe prikazu prije spomenutih parametara Donja granica i Gornja granica, i automatski se ponovo iscrtavaju kada se neki od parametara promjeni. Platno koje ima žutu pozadinu predstavlja platno koje prikazuje namještanje dotičnih parametara za odabranu os rotacije. Platno koje će prikazivati promjene parametara izabire se po slijedećem pravilu. Platno Bokocrt prikazuje yz ravninu, a x os je okomita na tu ravninu, pa je upravo rotacija oko x osi izabrana da bude prikazana na platnu Bokocrt. Isto pravilo vrijedi i za ostala platna.
Kontrolnom kučicom Neg. smjer određuje se smjer orijentacije 3D modela. Tako Osnovni model nema uključenu ovu opciju što znači da je pozitivno usmjeren (usmjeren je u smjeru pozitivnog dijela osi y), dok su modeli Ruka i Noga negativno usmjereni (usmjereni su u smjeru negativnog dijela osi y).
Pritiskom na gumb Isprobaj seg. u program se učitava model koji se sastoji samo od jednog segmenta i to upravo onog koji je bio izabran u kontrolnom panelu. Na taj način prilikom definiranja pojedinih segmenata možete isprobati jeste li dobro definirali izabrani segment.
Pritiskom na gumb Izvrsi učitava se 3D model koji je trenutno definiran u kontrolnom panelu u sam program IK3d. Na taj način može se isprobati rad dotičnog 3D modela.
Pritiskom na gumb Ispis koda otvara se dodatni prozor koji sadrži objekt tipa JTextArea. U taj prozor ispisuje se izvorni kod metode nova(), koja sadrži parametre koji su odraz trenutnog stanja u kontrolnom panelu i kada bi je ubacili u datoteku "IK3dDraw.java" mogli bi napraviti da se dotični model može učitati prilikom rada programa IK3d. Razlog postojanja ove mogućnosti je taj što applet inače ne može pisati po lokalnom tvrdom disku bez omogučavanja posebnih dozvola, pa ne postoji lagan način da se snimi 3D model koji je definiran pomoću kontrolnog panela. Na ovaj način možete označiti i kopirati izvorni kod dotične metode u neku drugu datoteku.
Gumb Ucitaj kod moguće je pritisnuti samo kada je otvoren prozor "Ispis koda", a služi učitavanju 3D modela čiji se parametri u tekstualnom obliku moraju staviti u dotični prozor. Najbolje je da koristite kod koji ste prije snimili u neku datoteku, ali možete i modificirati trenutne podatke u prozoru. Na ovaj način možete definirati više od 8 segmenata, ali u kontrolnom panelu moći ćete pristupiti samo do prvih 8. Parametri koji su potrebni za definiranje 3D modela nalaze se između dva ovakva reda "////////...///////".

Da biste pokrenuli program IK3d trebate na svom računalu imati instalirane sljedeće Java pluginove:

Java 2 Runtime Enviroment Standard Edition v1.3.0_04 i
Java 3D 1.3 Runtime.

Evo linka na stranice gdje ga možete besplatno skinuti:

http://java.sun.com/j2se/1.3/jre/index.html - Java 2 Runtime Enviroment Standard Edition v1.3.0_04

http://java.sun.com/products/java-media/3D/download.html - Java 3D 1.3 Runtime

Nakon što instalirate oba dodatka ugasite i ponovo pokrenite operacijski sustav (eng. restart).

Ovo je link na HTML stranicu koja pokreće program - IK3d.html

Izvorni kod programa IK3d: