Aportación al análisis de colisiones en sistemas de mantenimiento

Resumen
En este proyecto se ha trabajado sobre una herramienta para la simulación de procesos de mantenimiento mediante técnicas de realidad virtual, con capacidad visual y sensación táctil.(Figura 1)
Se han realizado una serie de incorporaciones sobre esta herramienta:
1. La introducción de una nueva librería para mejorar la comunicación en red entre los PC’s que forman parte de esta herramienta.
2. El estudio e incorporación de una librería de dominio publico para la detección de colisiones de objetos en mundos virtuales.
Además se ha realizado un estudio comparativo basado en los tiempos invertidos en el cálculo de colisiones entre el módulo que ya estaba disponible en la herramienta y la nueva librería estudiada por nosotros.

Este proyecto se ha llevado a cabo para el CEIT con el fin de mejorar y testar ciertas partes del software del proyecto REVIMA.

REVIMA funciona sobre una red Ethernet o equivalente de varios PCs que se intercambian datos e información de control. REVIMA es ante todo un simulador, y una parte muy importante en todo simulador es el control de los tiempos para proporcionar una sensación de realidad. Inevitablemente al trabajar en red, y existir una comunicación entre los distintos componentes de esta red, se introducen retardos que repercuten en el resultado final. Por ello se ha trabajado sobre este aspecto para disminuir en lo posible estos retardos garantizando la sensación de realismo.

Otro aspecto fundamental en una simulación es el tratamiento de los objetos que conforman el mundo virtual. Una de las acciones más comunes en entornos virtuales es la detección de colisiones entre sus distintos objetos. La detección de colisiones ha sido un problema fundamental en la animación, el modelado de objetos fiscos y geométricos, y en la robótica. En estas aplicaciones las interacciones entre los objetos virtuales en movimiento se modelan mediante el análisis de las colisiones y una serie de restricciones. Sobre este aspecto se ha estudiado e incorporado a REVIMA una librería de dominio público para la detección de colisiones llamada V-Collide.

V-Collide
V-Collide es una librería de detección de colisiones desarrollada por el grupo GAMMA (Geometric algorithm for modeling, motion and animation) de la universidad de Carolina del Norte (The University of North Carolina at Chapel Hill). Esta librería realiza una detección rápida y exacta de colisiones entre modelos poligonales triangulados, por lo que puede ser usada para realidad virtual y en una gran variedad de aplicaciones de simulación. La librería esta diseñada para operar en ambientes que contienen un gran número de objetos geométricos formados con mallas de triángulos.

Los pasos básicos para el uso de esta librería son: crear los objetos, añadir conjuntos de triángulos a estos objetos, elegir que pares de objetos deben ser testados, cambiar la posición de estos objetos, ejecutar el test de colisiones y conseguir los resultados del test. Los tres últimos pasos se repiten para cada paso de la simulación.

En la Figura 2 se muestra un diagrama con la arquitectura de V-Collide. Tiene una especial relevancia en esta libreria el uso de una aproximación jerárquica basada en cajas contenedoras orientadas, (Oriented Bounidng Boxes, OBB`s) Figura 3.

Comparativa entre V-Collide y VMF
Se ha realizado una comparativa entre las librerías para la detección de colisones V-Collide y VMF. Se han usado modelos estáticos de diferentes complejidades y con distinto número de polígonos, además se ha tratado cada uno de ellos con 4 herramientas, también de diferente complejidad. Para cada modelo se ha definido un camino que recorre la escena pasando por distintos puntos. Este camino se define con una herramienta y después pude ser replicado todas las veces que queramos con distintas herramientas. Por lo que podemos realizar la comparativa sobre un modelo para cada herramienta, y con los dos métodos de detección de colisiones (Voxels y VMF).
Para cada paso de tiempo de la simulación se guarda el coste en tiempo del cálculo de las colisiones y se han elaborado gráficas en las que se muestre la comparativa. Figura 4