[发明专利]基于图灵机模型的增强现实装配环境系统建模方法

说明书

技术领域

本发明将图灵机模型应用到层次着色Petri网中，并对增强现实装配环境系统进行建模。该方法能够实现基于事件驱动的装配过程并响应用户操作意图，用于增强现实装配环境系统的建模，属于增强现实应用技术领域。

背景技术

在增强现实装配环境系统中，一般利用视频摄像机捕捉真实装配场景图像，将其和计算机生成的虚拟物体通过各种配准算法合成，并最终显示在头盔显示器上。增强现实装配环境使工程师在操作真实零件的同时也能操作虚拟零件，它借助虚实混合的增强装配原型能够帮助用户理解场景中各种装配关系。

增强现实装配环境具有实时性和并发性等动态特征，需要处理装配过程中的大量离散事件，并响应用户的装配意图。目前在已有的装配仿真系统中，大多采用场景图来构建描绘场景，经过不断的改进，场景图很好地表示物体的方位信息、三维几何信息、材料和光照等属性信息，并能够通过增加场景图包含的信息，在一定程度上满足装配仿真的要求，但无法处理装配操作中的随机事件及实现用户的操作意图；国外学者利用头盔显示和数据手套建立了一个人机交互的增强现实装配系统，它能够解释用户的意图，可以满足增强现实装配的要求，但无法表达装配模型的动态建立过程且降低了效率。

因此寻求一种方法能够弥补场景图在增强现实装配应用中的不足，处理增强现实装配环境中的各种因素相互交叉的复杂关系，并能判断响应用户的意图是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是采用图灵机思想，利用CPN Tools仿真工具，建立层次着色Petri网模型，并将其应用到增强现实装配环境系统中，从而实现装配过程中的事件管理以及用户意图的响应。

为了到达上述目的，本发明借鉴了一种模型为计算“X+1”的图灵机，即能够记录当前状态X，在接受输入后得到最新的命令，给出最新的状态输出，并应用到层次着色Petri网模型的建立中，使其能够记住当前内部状态并结合输入，作出正确的下一刻状态的判断。并采用CPN Tools建立增强现实装配环境系统的模型，首先将网络进行分层，将虚拟手子网、事件管理子网、装配子网等进行细化，利用每个子网的输入输出来实现事件的驱动，在网络中明确各种因素之间的关系，使其具有逻辑推理性，从而能够响应并感知用户的意图。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于图灵机模型的增强现实装配环境系统建模方法，包括步骤：

1)定义增强现实装配环境系统的图灵机模型；

2)设计增强现实装配环境系统的总体结构网络，在网络中明确各种因素之间的关系；

3)将总体结构网络分为若干子网；

4)采用层次着色Petri网分别建立增强现实装配环境系统的各子网模型，各子网模型依照图灵机模型建立；

5)利用每个子网的输入输出来实现事件的驱动。

进一步地：

所述增强现实装配环境系统的图灵机模型定义如下：

有穷个状态集K，包括：漫游、抓取、拖动、释放、装配；

初始状态集s，s为状态集K的子集，包括漫游、抓取、释放；

停机状态H，H为状态集K的子集，包括漫游、拖动、装配；

系统规则集合δ，对整个图灵机的工作进行控制。

进一步地：

所述系统规则集合δ为图灵机模型的程序，其规则用列表的方式表示如下：

更进一步地：

所述子网模型包括虚拟手子网、事件管理子网、装配子网。

所述虚拟手子网包括漫游子网、拾取子网及碰撞检测、约束识别。

所述事件管理子网包括事件管理输出、场景图视点管理。

所述装配子网包括约束求解子网、约束分析、变换矩阵求解。

本发明的优点在于：1)采用层次着色Petri网建立增强现实装配环境系统的模型，能够处理增强现实装配过程中大量的离散事件和各因素相互交叉的复杂关系。2)将模型为计算“X+1”的基本图灵机思想应用到着色Petri网的建模当中，使网络整体具有记忆性和判断力，具备感知用户意图的能力。3)采用CPN Tools仿真工具对网络进行建模，并采用多层次结构将网络分成几个独立的模块分别进行建模，便于表达装配模型的动态建立过程。

附图说明

图1为增强现实装配环境系统的总体结构图；

图2为顶层CPN结构流程图；

图3为顶层CPN模型；

图4为虚拟手(VH)子网的结构流程图；

图5为虚拟手(VH)子网的CPN模型；

图6为事件管理(EM)子网的结构流程图；

图7为事件管理(EM)子网的CPN模型；