Sisällysluettelo

1. Yleinen esitely

1.1. Kinemaattinen simulointi

Kinesimu on ohjelmisto, jolla voidaan visualisoida geometristen rajoitusten avulla luotuja kinemaattisia malleja. Kinemaattinen malli muodostuu "linkeistä" ja "liitoksista". Kukin linkki on joukko toisiinsa sidottuja paikallisia koordinaatistoja. Liitos kuvaa kahden eri linkissä olevan koordinaatiston keskinäisen liikkeen vapausasteet.

Kinesimu tarjoaa

• määrittelykielen, jolla käyttäjä voi määritellä kinemaattisia malleja
• mahdollisuuden liittää ACIS-ohjelmistolla luotuja geometrisiä malleja kinemaattisen mallin linkkeihin visualisointivaiheessa
• geometristen rajoitusten ratkaisumenetelmän, joka pystyy laskemaan kinemaattisen mallin liikkeen
• animaation mallin liikkeestä

1.2. Geometriset rajoitukset

Jos rajoituksia ei ole tarpeeksi, systeemi on alirajoitettu ja sillä on äärettömän monta ratkaisua. Ratkaisijan voi tällöin esittää jonkun mahdollisista ratkaisuista. Jos jokin rajoitus voidaan poistaa ilman, että systeemi muuttuu alirajoitetuksi, on systeemi on ylirajoitettu, Ylirajoitetussa systeemissä on usein ristiriita, jonka takia sitä ei voida ratkaista. Mikäli ristiriitaa ei ole, riippuu ratkaisijan tyypistä löydetäänkö ratkaisu.

Geometristen rajoitusten ratkaisija antaa kappaleiden sijainnit ja asennot niiden välisten rajoitusten perusteella käyttäen jotain rajoitusten ratkaisualgoritmia. Ratkaisija ratkaisee staattisen tilanteen, jossa dynaamisille rajoituksille on annettu jotkin vakioarvot. Kinemaattinen simulaatio saadaan ratkaisemalla peräkkäisiä staattisia tilanteita.

1.3. Käytetty ratkaisualgoritmi

1.3.1. Algoritmin toiminta

Rajoitusten määräämisen lisäksi vähintään yhden markkerin täytyy olla kiinnitetty globaaliin koordinaatistoon, jotta voitaisiin ratkaista linkkien keskinäisen sijainnin lisäksi myös niiden sijainti globaalissa koordinaatistossa. Kaikki markkerit on siis saatava kiinnitettyä. Tilanteen mukaan saatetaan tarvita lukuisiakin kiinnitettyjä markkereita ennenkuin systeemi saadaan ratkaistua.

Menetelmä perustuu geometriseen järkeilyyn. Se on lähinnä symbolinen menetelmä, jossa rajoitusten ratkaisu tapahtuu siirtämällä ja pyörittämällä geomeja eli linkkejä. Rajoitusten ratkaisu tapahtuu siten, että kaikki aikaisemmin täytetyt rajoitukset pysyvät voimassa siihen asti, kunnes joko kaikki rajoitukset on täytetty tai huomataan ettei kaikkia rajoituksia voi yhtäaikaa täyttää. Tämän takia kunkin rajoituksen täyttämisen jälkeen siirretyn geomin vapausasteita on vähennettävä siten, että täytettyä rajoitusta ei enää ko. geomia siirtämällä ja pyörittämällä voida rikkoa.

Jäljelle jääville vapausasteille joudutaan määrittämään lokukset . Esimerkiksi rajoittamattomalla markerilla on tasossa kaksi siirtovapausastetta ja yksi pyöritysvapausaste. Jos markerille täytetään rajoitus, jonka mukaan sen täytyy olla tietyllä etäisyydellä jonkin kiinnitetyn markerin koordinaatiston määräämästä suorasta, voi se liikkua enää suoran suuntaisesti. Nyt markerilla on jäljellä yksi siirtovapausaste ja yksi pyöritysvapausaste. Siirtovapausasteeseen liittyvä lokus on se suora, jonka suuntaisesti piste voi liikkua.

Rajoituksen täyttäminen kahden markerin välillä edellyttää, että toinen niistä on riittävästi rajoitettu, jotta sen myöhempi siirtely ei riko täytettyä rajoitusta. Toisella markerilla pitää vastaavasti olla riittävästi vapausasteita, jotta sitä siirtämällä ja pyörittämällä saadaan rajoitus täytettyä. Edellä mainitussa esimerkissä siirrettävällä markerilla täytyy olla vähintään yksi siirtovapausaste. Lisäksi jos markerilla on vain yksi siirtovapausaste, siihen liittyvä lokussuora ei saa olla samansuuntainen kohdesuoran kanssa.

Kutakin geomia varten on laadittu reseptikirja, jossa kerrotaan millaisilla siirroilla ja pyörityksillä kunkintyyppinen rajoitus saadaan toteutettua, kun geomilla on tietyt vapausasteet. Jos esimerkiksi kahden markerin tulee olla samassa paikassa, siirretään toinen markkeri samaan paikkaan toisen kanssa. Jos pisteellä on kaksi siirtovapausastetta, voidaan siirto toteuttaa aina. Jos sillä on vain yksi siirtovapausaste, onnistuu siirto vain lokussuoran kulkiessa kohdepisteen kautta.

Välillä joudutaan täyttämään rajoituksia silloinkin, kun kumpikaan geomeista ei ole riittävästi rajoitettu. Tähän joudutaan esimerkiksi silloin, kun kahden tietynpituisen janan toiset päätepisteet on kiinnitetty ja tulisi täyttää rajoitus, jonka mukaan vapaiden päätemarkkerien tulisi yhtyä. Tiedetään, että kumpikin vapaa markkeri voi liikkua ympyrän kehällä, jonka säde on ko. janan pituus. Siispä päätepisteet voivat yhtyä näiden ympyrälokusten leikkauspisteissä. Valitaan leikkauspiste, josta tehdään väliaikainen markkeri. Tämän jälkeen kumpikin päätemarkkeri pyöräytetään yksi kerrallaan valittuun leikkauspisteeseen täyttämällä yhtenevyysrajoitukset väliaikaisen markkerin ja päätemarkkerien välillä.

Leikkauspisteiden laskemiseksi kehitetään omat metodinsa kullekin geomiparille ottaen huomioon kummankin geomin vapausasteet. Tämä menettely tietysti toimii parhaiten silloin, kun saadaan äärellinen määrä leikkauspisteitä. Jos leikkauksena saadaan jokin aliavaruus, geomien vapausasteet vähenevät, mutta rajoitusta ei voida vielä ratkaista. Ei tietenkään ole mitään hyötyä esimerkiksi kahden vapaasti liikkuvan pisteen mahdollisten sijaintien leikkauksesta, joka on koko taso.

Aina ei ongelmaa voida ratkaista pelkästään lähtemällä liikkeelle kiinnitetyistä markkereista ja kiinnittämällä muut yksi kerrallaan. Usein ongelma joudutaan ratkaisemaan rekursiivisesti. Ensin etsitään kaikki sellaiset rajoitukset, jotka kiinnittävät kaksi markkeria ja samalla geomia toistensa suhteen, ei siis vielä globaalin koordinaatiston suhteen. Tällaisista geomipareista muodostetaan makrogeomeja, eli ne yhdistetään. Esimerkiksi jos kahden markkerin välillä on yhtenevyys- ja kulmarajoitukset, ovat ne kiinnitetyt toistensa suhteen, mutta eivät globaalin koordinaatiston suhteen. Tällaisia toistensa suhteen kiinnitettyjen markkerien joukkoja kutsutaan jäykiksi ketjuiksi. Seuraavaksi etsitään rajoitusten muodostamat silmukat. Näistä valitaan ratkaistavaksi sellainen silmukka, jonka osat saadaan toistensa suhteen kiinnitettyä. Silmukka ratkaistaan ja korvataan makrogeomilla. Kysymyksessä ovat jäykät silmukat. Koko prosessia toistetaan, kunnes ongelma on ratkaistu.

Käytetty menetelmä ei häiriinny turhista rajoituksista, alirajoitetuissa ongelmissa voidaan esittää jokin ratkaisu. Kuvassa 1 on esitetty esimerkki algoritmin toiminnasta.

Kuva 1. Yksinkertainen esimerkki , joka ratkeaa ilman makrogeomeita.

1.4. Ohjelmiston rajoitukset

Mallin fyysistä realistisuutta ei oteta huomioon. Järkevien rajoitusten määrittely on käyttäjän vastuulla. Linkkien välisiä törmäyksiä ei siis huomioida vaan kappaleet ovat haamuobjekteja, jotka voivat kulkea toistensa läpi.

2. Järjestelmän ulkoinen kuvaus

2.1. Yleistä

• Ratkaisijan, kääntäjän ja visualisoijan muodostama ohjelma, jota kutsutaan jatkossa visualisoijaksi. Sen ikkunaan renderöidään simulaatio mallista.
• Instantioija, joka huolehtii varsinaisesta käyttöliittymäikkunasta.
• Konvertteri, joka muuntaa ACIS-ohjelmistolla tehtyjä 3D-malleja visualisoijan ymmärtämään polygonimuotoon.

2.2. Tiedostot

• source/ sisältää ohjelmiston lähdekoodin ja Makefilet.

  Makefile (makefile, joka kutsuu muita makefilejä)
  Makefile.p1 (visualisoijan makefile)
  Makefile.p2 (instantioijan makefile)
  Makefile.p3 (konvertterin makefile)
  include/ (sisältää GLUT:n ja matriisikirjaston include-tiedostot)
  lib/linglut.a (GLUT-kirjasto)
  lib/matrix++.a (matriisi-kirjasto)
  compiler/ converter/ instantiator/ intersections/ messages/ solver/ visualizer/ (lähdekoodihakemistoja)

• bin/ sisältää kääntämisen jälkeen järjestelmän ajettavat binäärit.
  kinesimu (scripti, joka käynnistää koko ohjelmiston)
  visual (visualisoijan binääri)
  ins (instantioijan binääri)
  convert (luo ACIS-formaatin tiedostosta polygonitiedoston)
  polyg (luo ACIS:n API-kutsuilla koodatuista malleista polygonitiedostoja)

• docs/ sisältää manuaalit.

• examples/
  polygons/sisältää polygonitiedostoja.
  models/ sisältää määrittelykielellä luotuja mekanismeja.

2.3. Asennus

2. Aseta ympäristömuuttujat $KINEPOLY ja $KINEMODEL osoittamaan hakemistoon, josta mekanismeja ja polygonitiedostoja oletusarvoisesti ladataan.
Jos ympäristömuuttujille ei anneta arvoa, on oletushakemistona current dir.

2.4. Syötetiedostot

2.4.1. Polygonitiedosto

Kuhunkin polygonitiedostoon talletetaan yksi visuaalisen malli, joka koostuu useista polygoneista.

Polygonitiedosto on tekstimuotoinen. Siinä polygonit on lueteltu peräkkäin siten, että yhden polygonin kaikki informaatio on määritelty ennen seuraavaa polygonia.

Polygonissa on ensimmäisenä kokonaisluku polygonin nurkkapisteiden lukumäärästä. Tämän perässä on lueteltu edellämainittu lukumäärä nurkkapisteitä. Jokainen nurkkapiste koostuu kuudesta floating point luvusta. Nämä ovat nurkkapisteen x, y, ja z-koordinaatit, sekä nurkkapisteeseen liittyvän pinnan normaalivektorin x, y, ja z-komponentit.

Polygonin nurkkapisteet on lueteltu kappaleen ulkopintaan nähden vastapäiväisessä järjestyksessä. Luvut on erotettu toisistaan 'white space'-merkeillä (= välilyönti, rivinvaihto, tabulaattori).

Polygonitiedoston rakenne:

<Int:Poly1_Number_of_points>\n
<Float:Poly1_Point1_x> <Float:Poly1_Point1_y> <Float:Poly1_Point1_z>
<Float:Poly1_Norm1_x> <Float:Poly1_Norm1_y> <Float:Poly1_Norm1_z>\n
<Float:Poly1_Point2_x> <Float:Poly1_Point2_y> <Float:Poly1_Point2_z>
<Float:Poly1_Norm1_x> <Float:Poly1_Norm1_y> <Float:Poly1_Norm1_z>\n
...
<Int:Poly2_Number_of_points>\n
<Float:Poly2_Point1_x> <Float:Poly2_Point1_y> <Float:Poly2_Point1_z>
<Float:Poly2_Norm1_x> <Float:Poly2_Norm1_y> <Float:Poly2_Norm1_z>\n
<Float:Poly2_Point2_x> <Float:Poly2_Point2_y> <Float:Poly2_Point2_z>
<Float:Poly2_Norm2_x> <Float:Poly2_Norm2_y> <Float:Poly2_Norm2_z>\n
...
...
<EOF>

3. Järjestelmän sisäinen kuvaus

3.1. Osajärjestelmäjako

• mallien kääntäjästä, joka tekee määrittelykielisestä tiedostosta kinemaattista mallia esittävän tietorakenteen
• ratkaisijasta, joka ratkaisee linkien asennot tietyillä parametrien arvoilla
• visualisoijasta, joka sisältää kaikki mallin renderöintin liittyvät toiminnot ja lisäksi se ohjaa prosessia 1
• instantioijasta, joka vastaa varsinaisesta käyttöliittymäikkunasta
• konvertterista, joka muuntaa 3D ACIS-malleja polygonimuotoon. Tämä on täysin erillinen osa muusta ohjelmistosta.

Ajettaessa järjestelmä käynnistää kaksi prosessia, joilla molemmilla on oma ikkunansa.

Prosessi 1 koostuu kääntäjästä, ratkaisijasta ja visualisoijasta.
Prosessi 2 on instantioija.
Prosessit kommunikoivat keskenään viestejä lähettämällä.

3.2. Osajärjestelmien liitynnät

Kuva 1. Tason 1 tietovirtakaavio (kuva postscript muodossa).

3.2.1. Visualisoija<->Instantioija

Instantioijalta tulevat viestit voivat olla seuraavia:

• LOAD, sisältää kinemaattisen mallin tiedostonimen, jonka käyttäjä haluaa ladata
• START, käskee aloittamaan animaation
• STOP, käskee pysäyttämään animaation
• QUIT, käskee poistumaan järjestelmästä

Visualisoija lähettää instantioijalle seuraavia viestejä:

• LOAD_OK, malli saatiin käännetyksi
• LOAD_FAILED, kääntäminen epäonnistui

3.2.2. Visualisoija<->Kääntäjä

3.2.3. Visualisoija<->Ratkaisija

• kun käyttäjä painaa START:ia kutsutaan so_init():ä, jotta ratkaisija lukisi instantioijan lähettämän viestin PARAMS_FUNCS, joka sisältää dynaamisille rajoituksille annetut alkuarvot ja muutosfunktiot.
• kun mallia animoidaan kutsutaan so_solve():a, joka palauttaa kinLink tietorakenteen, joka sisältää linkkien id:t, paikat ja asennot uuden ratkaisun jälkeen. Funktio palauttaa myös tiedon siitä saavuttiko malli loppuasentonsa.
• kun käyttäjä painaa STOP:ia kutsutaan so_last():a, jotta ratkaisija lähettäisi instantioijalle viestin LAST_VALUES, joka sisältää dynaamisten rajoitusten arvot viimeisen ratkaisun jälkeen.

3.2.4. Kääntäjä<->Ratkaisija

3.2.5. Kääntäjä<->Instantioija

3.2.6. Ratkaisija<->Instantioija

Instantioijalta ratkaisijalle tulevat viestit voivat olla seuraavia:

• PARAMS_FUNCS
  Ratkaisija lukee instantioijalta tulevan viestin PARAMS_FUNCS, kun käyttäjä käynnistää animaation. Viesti sisältää dynaamisten rajoitusten alkuarvot sekä muutosfunktiot.
• CHOSEN
  Instantioija lähettää valitun leikkauspisteen indeksin viestissä CHOSEN, kun käyttäjä on tehnyt valinnan.
• MODE
  Instantioija lähettää valitun moodin nimen aina Start-nappia painettaessa.

Ratkaisija lähettää instantioijalle seuraavia viestejä:

• LAST_VALUES
  Ratkaisija lähettää instantioijalle viestin LAST_VALUES, kun malli saavuttaa lopputilansa tai käyttäjä pysäyttää animaation. Viesti sisältää alussa annettujen dynaamisten rajoitusten loppuarvot.
• CHOOSE
  Ratkaisija kysyy käyttäjältä haluttua leikkauspistettä lähettämällä instantioijalle viestissä CHOOSE mahdollisten leikkauspisteiden koordinaatit.

3.2.7. Järjestelmän ulkopuoliset osat

Käyttäjä kommunikoi visualisoijan kanssa pyörittämällä ja zoomaamalla mallia hiirellä sekä valitsemalla popup-menusta toimintoja.

Kääntäjä lukee määrittelykieltä sisältäviä tiedostoja.

Visualisoija lukee polygonimalleja sisältäviä tiedostoja. .

Virhetilanteissa kaikki osajärjestelmät lähettävät virheilmoitukset instantioijalle, joka näyttää ne käyttäjälle.

3.3. Osajärjestelmien tarjoamat palvelut

3.3.1. Instantioija

• LOAD_OK, jäädään odottamaan että käyttäjä antaa dynaamisten rajoitusten alkuarvoja ja muutosfunktioita sekä painaa START:ia.
• LOAD_FAILED, palataan odottamaan, että käyttäjä antaa uuden LOAD-komennon.
• DYN_PARAMS, kirjoitetaan tämän viestin sisältämät dynaamisten rajoitusten nimet ikkunaan.
• LAST_VALUES, kirjoitetaan tämän viestin sisältämät dynaamisten rajoitusten arvot ikkunaan.
• TEXT, näytetään tämän viestin sisältö viesti-ikkunassa.
• CHOOSE, suoritetaan leikkauspisteiden valinta.

3.3.2. Visualisoija

Piirtäminen: Visualisoija tarjoaa seuraavat funktiot renderöintiä varten. Funktiot on dokumentoitu renderer modulin kuvauksessa.

void vi_clear_window();
void vi_flush_window();
void vi_render(kinLink *links, int num_links);
void vi_redraw();
void vi_plot_mark(int x, int y, int z, char *label);

Visualisoija ymmärtää seuraavat instantioijalta tulevat viestit:

• LOAD, kutsutaan kääntäjää antamalla viestin sisältämä tiedostonimi parametrina.
• START, kutsutaan so_init():a ja käynnistetään animaatio.
• STOP, kutsutaan so_last():a ja pysäytetään animaatio.
• QUIT, kutsutaan cleanup() funktioita, jos osajärjestelmien pitää vapauttaa joitain resursseja ennen poistumista ja poistutaan järjestelmästä.

3.3.3. Kääntäjä

bool co_compile(char* filename, linkFiles **linkfiles);

co_compile():lle annetaan määrittelykielellä luodun kinemaattisen mallin sisältävän tiedoston nimi sekä osoitin osoittimeen linkFiles tietorakenteeseen. co_compile() varaa muistin linkfiles tietorakenteelle, täyttää sen ja palauttaa osoittimen siihen linkfiles muuttujassa.

co_compile() palauttaa TRUE, jos käännös onnistui, muutoin FALSE.

co_compile():n osajärjestelmän ulkopuolelle näkyvänä tehtävänä on:

• lukea annettu tiedosto ja luoda sen perusteella kinemaattisesta mallista globaali tietorakenne, jota ratkaisija tulee käyttämään.
• lähettää instantioijalle viesti DYN_LIST, joka sisältää listan käyttäjän määriteltävissä olevista dynaamisista rajoituksista ja arvoalueista
• välittää visualisoijalle linkkien visuaaliset mallit sisältävien tiedostojen nimet ja linkkien atribuutit linkFiles tietueessa.
• lähettää mahdolliset virheilmoitukset instantioijan ikkunaan
• palauttaa tieto kääntämisen onnistumisesta tai epäonnistumisesta

3.3.4. Ratkaisija

void so_init()
void so_last()
int so_solve(kinLink* kinLinks)

so_init() lukee viestin PARAMS_FUNCS, jossa on instantioijan lähettämät dynaamisten rajoitusten alkuarvot ja muutosfunktiot.

so_last() lähettää instantioijalle viestin LAST_VALUES, joka sisältää viimeisen ratkaisun dynaamisten rajoitusten arvot.

so_solve():n osajärjestelmän ulkopuolelle näkyvänä tehtävänä on:

• kirjoittaa sille parametrina annettuun tietorakenteeseen kinLinks tiedot uuden ratkaisun linkeille tehdyistä tranformaatioista sekä common_objectin ollessa kyseessä sen pituus
• jos ratkaisu oli viimeinen eli malli saavutti lopputilansa, edellä mainitun lisäksi kutsua so_last():ia
• palauttaa FALSE, jos ratkaisu oli viimeinen, muutoin TRUE

3.3.5. Visuaalisen mallin määrittelijä

Käyttäjä voi laatia oman visuaalisen mallin määrittelyohjelman.

3.3.6. Polygonisoija

int polyg_init (float surf_dev, float norm_dev);
int polyg_attr (float surf_dev, float norm_dev);
int polyg_save (char *filename, BODY* body);
int polyg_terminate ();

3.4 Tilakaaviot

3.4.1. Prosessin 1 tilakaavio.

Kuva 2. Prosessin 1 tilakaavio (kuva postscript muodossa).

Tapahtumat ja niiden seurauksena tapahtuvat toiminnot.

• MSG_LOAD (1)
  Instantioijalta tulee viesti LOAD, joka sisältää ladattavan tiedoston nimen. Siirrytään kääntämään annettua tiedostoa.
• compiled (2)
  Käännös onnistui ja display-listat saatiin tehtyä. Täten kääntäjä on lähettänyt instantioijalle viestin DYN_PARAMS, joka sisältää listan dynaamisista rajoituksista. Lähetetään instantioijalle viesti LOAD_OK.
• failed (3)
  Määrittelykieltä sisältävä tiedosto tai joku polygonimalleja sisältävistä tiedostoista ei löytynyt tai sitä ei ymmärretty. Kääntäjä tai jälkimmäisessä tapauksessa visualisoija on tulostanut virheilmoitukset käyttäjälle. Lähetetään instantioijalle viesti LOAD_FAILED.
• MSG_START (4)
  Instantioijalta tulee viesti START. Kutsutaan ratkaisijan so_init():iä, joka lukee dynaamisten rajoitusten alkuarvot sisältävän viestin PARAMS_FUNCS instantioijalta. Aletaan näyttää animaatiota.
• MSG_STOP (5)
  Instantioijalta tulee viesti STOP. Kutsutaan ratkaisijan so_last():ia, joka lähettää viimeisen ratkaisun dynaamisten rajoitusten arvot instantioijalle viestissa LAST_VALUES.
• last solution (6)
  Ratkaisija ilmoittaa, että malli saavutti lopputilansa. Ratkaisija on myös lähetänyt instantioijalle viestin LAST_VALUES, joka sisältää viimeisen ratkaisun dynaamisten rajoitusten arvot.
• MSG_QUIT (7)
  Instantioijalta tulee viesti QUIT. Kutsutaan cleanup-funktioita ja poistutaan ohjelmasta.

3.4.2. Prosessin 2 (instantioija) tilakaavio.

Kuva 3. Prosessin 2 tilakaavio (kuva postscript muodossa).

Tapahtumat ja niiden seurauksena tapahtuvat toiminnot.

• USER_LOAD (1)
  Käyttäjä painaa LOAD:ia ja antaa ladattavan tiedoston nimen. Lähetetään prosessille 1 viesti, joka sisältää annetun tiedoston nimen. Jäädään odottamaan viestiä kääntämisen onnistumisesta.
• MSG_DYN_PARAMS
  Viesti sisältää dynaamisten rajoitusten parametrien nimet sekä alkuarvot kuten ne on mallin tiedostossa määritelty. Jos käännös ei onnistunut viesti on tyhjä. Siirrytään odottamaan lataamisen onnistumista.
• MSG_LOAD_OK (2)
  Kääntäminen ja polygonitiedostojen lataus onnistui. Siirrytään odottamaan käyttäjän komentoa waitStart tilaan.
• MSG_LOAD_FAILED (3)
  Uuden mallin kääntäminen tai polygonitiedostojen lataaminen epäonnistui. Palataan odottamaan uutta LOAD-komentoa.
• USER_START (4)
  Käyttäjä painaa START:ia annettuaan dynaamisten rajoitusten arvot ja muutosfunktiot. Lähetetään ratkaisijalle viesti PARAMS_FUNCS, joka sisältää dynaamisten rajoitusten arvot. Lähetetään viesti MSG_START ja seurataan ratkaisijan toimintaa.
• USER_STOP (5)
  Käyttäjä painaa STOP:ia. Lähetetään viesti MSG_STOP. Jäädään tilassa waitLast odottamaan ratkaisijalta saatavia viimeisiä parametrien arvoja.
• MSG_CHOOSE
  Ratkaisijalta tulee viesti, joka vaatii käyttäjää valitsemaan leikkausfunktion palauttamasta ratkaisupistejoukosta haluamansa ratkaisupisteen. Valinta tapahtuu tilassa waitSelection.
• MSG_CHOSEN
  Käyttäjän valitsema piste lähetetään ratkaisijalle, joka pääsee nyt jatkamaan ratkaisun laskemista. Siirrytään tilaan waitStop.
• MSG_LAST (6)
  Luetaan viesti LAST_VALUES, joka sisältää dynaamisten rajoitusten loppuarvot ja tulostetaan ne ikkunaan.
• USER_QUIT (7)
  Käyttäjä painaa QUIT:ia. Lähetetään viesti MSG_QUIT ja lopetetaan instantioija.

3.5. Keskeisimmät tietorakenteet

linkFiles

typedef struct { 
  int numLinks;               /* total number of links */
  int numvisModels;           /* total number of visualModels */
  struct visualModel *models; /* pointer to a table which includes
                                 all visual models */
} linkFiles;

visualModel

typedef struct { 
  int id;                 /* id of link (0 = common object) */
  float red, green, blue; /* color of link */
  char *filename;         /* polygon filename */
} visualModel;

kinLink

typedef struct {
  int id;           /* id of link, 0 = common object */
  double x,y,z;     /* position */
  double axis1_x, axis1_y, axis1_z;
  double axis2_x, axis2_y, axis2_z;
  double angle1;
  double angle2;
  double len;       /* lenght of common object with 2 points */
} kinLink;

Kinemaattinen malli

Kinemaattinen malli on C++-luokista muodostuva tietorakenne. Tässä esitetään kustakin luokasta ne muuttujat, jotka ovat sekä kääntäjän että ratkaisijan käytössä.

class Geom {
  char            *name;
  Deque           *markers;
  Position        *init_pos;       // initial global position
  int              visual_object;  // id number,  0 = common object
};

class Constraint {
  char            *name;
  Marker          *marker1;
  Marker          *marker2;
  constraint_type  type;          // enum: inline-z, parallel-z ...
  float            param;
};

class Marker {
  char            *name;
  Link            *parent_geom;
  Position        *init_global_pos;  // initial global position
  Position        *init_local_pos;   // initial local position
  Position        *init_pos;         // local or global position
};

class Position {
  position_type    co_state;          // enum: FIXED, FREE
  Point            pos;
  Vector           ang_x;
  Vector           ang_y;
  Vector           ang_z;
};

class Point {
  double           x;
  double           y;
  double           z;
};

class Vector {
  double           x;
  double           y;
  double           z;
};

Järjestelmässä on kolme globaalia pointteria kinemaattisen mallin listoihin:

List *km_geom_list;        // kaikki geomit sisältävä lista.
List *km_constr_list;      // kaikki rajoitukset sisältävä lista.
List *km_dyn_constr_list;  // kaikki dynaamiset rajoitukset sisältävä lista

Markkerit ovat linkkeihin kuuluvissa markkerilistoissa.

3.6. Toteutuksen modulirakenne

3.6.1. Instantioija

Tiedostot:

• inst.c: C-ohjelma toteuttaa instantioijan modulin mainLoop.
  
• inst.h: C-ohjelman header.
  
• ins1: Tcl-skripti, joka toteuttaa instantioijan muut modulit.
  
• visdriver.c: C-ohjelma joka toimi alkutestauksen apuna.
  
• kineMessage.c: C-ohjelma joka toteuttaa viestien välityksen, modulin kineMessage.
  
• kineMessage.h: C-ohjelman header.
  

Moduli: init

Tehtävä:

Rajapinta:

Kutsuu moduleita:

• mainLoop
• TclParser

Toiminta:

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: TclParser

Tehtävä:

Rajapinta:

Kutsuu kirjastomodulia Wish, joka näyttää tulokset ikkunassa.

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: mainLoop

Tehtävä:

Rajapinta:

Kutsuu moduleita:

• TkWidgets
• showParams
• fileBrowser
• TclParser
• Messages

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: TkWidgets

Tehtävä:

Rajapinta:

Toiminta:

Kutsuu kirjaston kineMessage funktiota kineSend viestien lähettämiseen ja funktiota kineReceive viestien vastaanottamiseen.

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: showParams

Tehtävä:

Rajapinta:

Käyttää kirjastomodulia kineMessage kommunikointiin ratkaisijan kanssa.

Toiminta:

Parametrilista vierii käyttäjän liikuttaessa scrollBar:ta.

Kun ratkaisijalta tulee viesti last_values, näyttää viestissä tulevat parametrien nimet ja arvot parametrilistassa.

Ottaa vastaan käyttäjän valitseman syöttöfunktion käyttäjän valitessa "Funcs"-valikosta kohdan.

Ylläpitää valinnoista viestioliota, joka on valmiina lähetettäväksi ratkaisijalle kutsumalla funktiota kineSend.

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: fileBrowser

Moduli: Messages

3.6.2. Visualisoija

Kuva visualisoijan modulikaaviosta (postscript).

Moduli: InitGL

Tehtävä:

Tiedostot:

• initgl.h
  
• initgl.cc
  
• vi_utility.h
  

Rajapinta:

Kutsuu moduleita:

• "OpenGL"
• "GLUT"

Toiminta:

Kutsuu GLUT:n funtioita, joilla alustetaan:

• GLUT-kirjasto, tämä parsii myös komentoriviltä GLUT:n ymmärtämät argumentit
• ikkunan koko, paikka ja näyttömoodi
• popup-menut
• callback-funktiot, jotka hoitavat käyttäjältä ja ikkunamanagerilta tulevat tapahtumat sekä "idle":n. Idle on prosessin pääsilmukka, jota kutsutaan aina kun mitään tapahtumia ei ole käsittelemättä.

• valonlähteen paikka, tyyppi ja suunta

Algoritmit:

Tietorakenteet:

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: Callbacks

Tehtävä:

Tiedostot:

• callbacks.h
  
• callbacks.cc
  

Rajapinta:

extern void vi_display(void);
extern void vi_reshape(int width, int height);
extern void vi_mouse(int button, int state, int x, int y);
extern void vi_mousemotion(int x, int y);
extern void vi_visibility(int state);
extern void vi_menu(int);
extern void vi_submenu1(int);
extern void vi_idle(void);

Kutsuu moduleita:

• Renderer
• MakeDlists
• Instantioija
• Kääntäjä
• Ratkaisija
• "OpenGL"

Toiminta:

• vi_display():tä kutsutaan kun GLUT ilmoittaa että ikkuna pitää piirtää uudestaan.
  Riippuen prosessin tilasta, se kutsuu renderer modulin eri funktioita:
  • NO_MODEL tai LOADED_MODEL: piirretään ohjelman logo
  • RENDERED_MODEL: ratkaistaan malli uudessa asennossaan ja piirretään se
  • STOPPED_MODEL: piirretään mallin viimeinen ratkaisu uudelleen (mahdollisesti) uudesta kulmasta visualisoituna

• vi_reshape():iä kutsutaan kun ikkuna luodaan tai ikkunan koko muuttuu. Se muodostaa uuden projektiomatriisin perustuen ikkunan kokoon.

• vi_mouse():ia kutsutaan kun hiiren napin tila muuttuu.

• vi_mousemotion():ia kutsutaan kun hiirtä liikutetaan nappi painettuna. Tämä funtio laskee uudet arvot kameran sijainnille ja paikalle hiiren liikkeiden perusteella.

• vi_visibility():ä kutsutaan kun ikkunan näkyvyys muuttuu. Esimerkiksi kun se jää kokonaan muiden ikkunoiden taakse. Funktiota ei ole toteutettu vielä.

• vi_menu():a kutsutaan kun päämenussa tehtiin valinta.
  • AXES: asetetaan lippu, joka kertoo ovatko koordinaattiakselit näkyvissä
  • PAUSE: asetetaan lippu, joka kertoo onko malli pysäytetty visualisoijasta
  • RESET: palautetaan kameran sijainti ja asento alkuarvoihin
  • QUIT: lopetetaan prosessi

• vi_idle() toimii prosessin 1 pääsilmukkana eli sitä kutsutaan aina kun mitään tapahtumia ei ole käsittelemättä.

  Prosessi 1 voi olla seuraavissa tiloissa:

  • NO_MODEL: ei mallia käsiteltävänä
  • LOADED_MODEL: malli ladattu ja käännetty onnistuneesti
  • RENDERED_MODEL: mallia animoidaan
  • STOPPED_MODEL: mallin animaatio on pysäytetty, mutta tallessa on sen viimeisin piirretty asento

  Jokaisessa tilassa mahdollista tapahtumaa kohden, vi_idle() kutsuu vastaavaa check_...() funktioita, joka tapahtuman sattuessa tekee vaadittavat toiminnot ja tilasiirtymän.

  Prosessin 1 tilakaavio kuvaa vi_idle():n toiminnan. Tilasiirtymän mahdollistavat tapahtumat ovat:

  • LOAD (funktio event_load()) saadaan LOAD-viesti, joka sisältää ladattavan tiedoston nimen. Kutsutaan co_compile():a joka kääntää mallin ja vi_makedlists():ä, joka tekee display listat. Jos em. toiminnot onnistuivat siirrytään tilaan LOADED_MODEL.

  • START (funktio event_stop()) saadaan START-viesti. Kutsutaan so_init():ä, joka lukee instantioijalta tulevan viestin, joka sisältää dynaamisten rajoitusten alkuarvot ja muutosfunktiot. Siirrytään tilaan RENDERED_MODEL.

  • STOP (funktio event_stop()) saadaan STOP-viesti. Kutsutaan so_last():a, joka lähettää instantioijalle viestin, joka sisältää dynaamisten rajoitusten loppuarvot. Siirrytään tilaan STOPPED_MODEL.

  • QUIT (funktio event_quit()) saadaan QUIT-viesti. Kutsutaan cleanup() funktiota joka lopettaa prosessin siististi.

Algoritmit:

Tietorakenteet:

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Testauksessa on kiinnitettävä huomiota prosessien välisen kommunikoinnin onnistumiseen. On testattava kaikkien käytettyjen viestien lähetys ja vastaanotto ja varmistuttava siitä että kontrolli kulkee tilakaaviossa kuvatulla tavalla.

Moduli: MakeDlists

Tehtävä:

Tiedostot:

• makedlists.h
  
• makedlists.cc
  

Rajapinta:

LinkInfo* vi_makeDlists(linkFiles *links);

Kutsuu moduleita:

• "OpenGL"

Toiminta:

Algoritmit:

Tietorakenteet:

OpenGL:ltä saadaan haluttu määrä vapaita, peräkkäisiä display-listojen numeroita alkaen luvusta, jota kuvataan base:lla. Käytetyt display-listojen numerot ovat siis base+0, base+1 ... Num_links sisältää mallin linkkien kokonaismäärän ja num_dlists malliin liittyvien visuallisten mallien kokonaismäärän.

typedef struct { 
  int num_links;     /* total number of links */
  int num_dlists;    /* size of table */
  int base;          /* number of first displaylist */
  int *ids;          /* pointer to id table */
} LinkInfo;

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

Moduli: Renderer

Tehtävä:

Tiedostot:

• renderer.h
  
• renderer.cc
  

Rajapinta:

extern void vi_clear_window();
extern void vi_flush_window();
extern void vi_draw_welcome();
extern void vi_render(kinLink *links, int num_links);
extern void vi_redraw();
extern void vi_plot_mark(int x, int y, int z, char *label);

Kutsuu moduleita:

• "OpenGL"

Toiminta:

vi_clear_window()

vi_flush_window()

vi_render()

vi_redraw()

Algoritmit:

Tietorakenteet:

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Testattavuus:

3.6.3. Kääntäjä

Moduli: InitCompiler

Tehtävä:

Tiedostot:

• compiler.h
  
• compiler.cc
  

Rajapinta:

int co_compile(char *filename, struct linkFiles **linkfiles);

Kutsuu moduleita:

• Parser
• CheckModel

Toiminta:

Tietorakenteet:

• markerilista, jossa on ne markkerit, jotka eivät liity mihinkään linkkiin. Tämä lista tyhjennetään checkModel:issa. Listan alkiot ovat kinemaattisen mallin markereita.
• värinmäärityslista, jossa listan alkiot ovat muotoa:
  

  struct colorDef { struct colorDef *next;   // next colordef in list
                    char name[32];           // color name
                    float red, green, blue;  // RGB values of color
                  };
  

Virhe- ja poikkeustilanteet

Moduli: Parser

• parse.y
  

Rajapinta:

void co_parse (FILE *fp);

Kutsuu moduleita:

• Lexer
• ConstructModel

Toiminta:

Linkin sisällä määritellyt markerit konstruktoidaan, ja laitetaan listaan. Lista annetaan parametriksi linkin konstruktorille.

Koordinaatistomuunnoksen konstruktointi tuottaa paluuarvona pointterin koordinaatistomuunnokseen. Tämä annetaan parametrina linkille tai markerille.

Linkit ja rajoitukset laitetaan omiin globaaleiden pointterien osoittamiin listoihin. Markerit, jotka eivät kuulu mihinkään linkkiin, laitetaan omaan listaan, jota käytetään vain kääntäjä-osajärjestelmän sisällä. Tämä markerilista tyhjennetään checkModel:issa (markereille luodaan omat linkit).

Visuaalisen mallin tiedostonimet ja parametrit laitetaan tietorakenteeseen, johon on annettu pointteri kääntäjää kutsuttaessa. Värinmääritykset tallennetaan omaan linkattuun listaan, jota käytetään vain kääntäjä-osajärjestelmän sisällä.

Vaihtoehtoisten ratkaisujen numero talletetaan globaaliin muuttujaan.

Virhe- ja poikkeustilanteet

Virheilmoituksen lisäksi annetaan initCompiler:ille paluuarvona FALSE.

Moduli: Lexer

Tehtävä:

Tiedostot:

• lex.l
  

Rajapinta:

int yylex (void);

Toiminta:

Moduli: ConstructModel

Tehtävä:

Tiedostot:

• constructModel.h
  
• constructModel.cc
  

Rajapinta:

void      co_global_marker (char *, Position *);
Marker   *co_local_marker  (char *, Position *);
void      co_link          (char *, Position *, int, Deque *);
void      co_constraint    (char *, constraint_type, bool, char *, char *, double, bool);
void      co_solution      (int);
void      co_load          (char *, int, char *);
void      co_color         (char *, double, double, double);
Position *co_coord         (double, double, double, double, double, double);
Position *co_coord_autoz   (double, double, double);
Position *co_coord_autox   (double, double, double);
Position *co_coord_ident   ();
Position *co_coord_undef   ();

Toiminta:

Muodostettaessa marker:ia moduli etsii tietorakenteesta samannimistä aiemmin määriteltyä markeria (markeri voidaan määritellä sekä linkin sisällä että yksinään). Mikäli markeria ei ole määritelty aiemmin, kutsutaan marker:in konstruktoria. Lopuksi kutsutaan metodia, jolla markerille annetaan sen globaali sijainti.

Muodostettaessa link:iä kutsutaan suoraan linkin konstruktoria. Jäsentäjä on laittanut linkkiin kuuluvat markkerit listaan, ja listan pointteri annetaan parametrina konstruktorille.

Muodostettaessa visuaalisen mallin viittaukselle tietorakennetta, moduli etsii värinmääritys-listasta värinnimen ja siihen liittyvät parametrit.

Virhe- ja poikkeustilanteet

Moduli: CheckModel

Tehtävä:

Tiedostot:

• checkModel.h
  
• checkModel.cc
  

Rajapinta:

void co_check_model (void);

Toiminta:

Mikäli johonkin linkkiin kuuluu kaksi markeria ja niiden sisäisten koordinaatistojen suuntavektoreille on määritelty autodirect-z, asetetaan markerien z-akselit keskenään samansuuntaisiksi ja kohtisuoraksi markerien väliseen janaan. Mikäli suuntavektoreille on määritelty autodirect-x, asetetaan markerien x-akselit osoittamaan toisiaan. Autodirect-määritys kiinnittää kaikkien akselien suunnat, jotta markeri tulisi täysin kiinnitetyksi linkin koordinaatistoon.

Mikäli jokin markeri kiinnittää linkin globaaliin koordinaatistoon, lasketaan linkille koordinaatisto globaalissa koordinaatistossa. Mikäli linkki on kiinnitetty globaaliin koordinaatistoon, lasketaan linkin jokaiselle markkereille niiden koordinaatisto globaalissa koordinaatistossa.

Moduli laskee visuaalisten mallien lukumäärän. Jos linkkiin kuuluu polygonimalli lasketaan se yhdeksi visuaaliseksi malliksi. Näkymätön linkki lasketaan 0:ksi ja "common-object" n-1:ksi tai n:ksi visuaaliseksi malliksi riippuen "common-object":in tyypistä.

Moduli lähettää instantioijalle viestin, jossa on lista dynaamisten rajoitusten nimistä.

Moduli vapauttaa värinmäärityslistan käyttämän muistin.

Lisäksi moduli asettaa jokaiselle markerille parent-geom -tiedon, sekä yhdistää markerien globaalin ja lokaalin sijainnin tiedon, siten että jäljelle jää vain globaali sijainti.

Virhe- ja poikkeustilanteet

Virheilmoituksen lisäksi annetaan initCompiler:ille paluuarvona FALSE.

3.6.4. Ratkaisija

Kaikki alla mainitut algoritmit on perusteellisemmin esitetty Glen Kramerin kirjassa "Solving Geometric Constraint Systems".

Tämänhetkinen toteutus eroaa joissakin kohdissa toivotusta lopullisesta toteutuksesta, jota tämä dokumentti pyrkii kuvaamaan.

Moduli: main_loop

Tehtävä:

Tiedostot:

• main.h
  
• solver.cc
  

Rajapinta:

void so_init()
void so_last()
bool so_solve(kinLink *links)
void write_result(kinLink* links)

kinLink on tietorakenne, johon ratkaisija tallettaa tiedot linkkien asennosta, sijainnista, graafisen muodon tunnuksen ja pituuden.
Pituutta käytetään vain silloin, kun käytetään graafisena muotona common objectia. Common object yhdistää geomin markkerit toisiinsa, eli sitä voi käyttää helppona tapana visualisoida geomi, kun sopivaa graafista mallia ei ACIS:lla ole piirretty tai kannata piirtää. Common object on pelkkä "tanko", joten jos geomi sisältää enemmän kuin kaksi markkeria, siitä luodaan useita common objecteja, joista kukin yhdistää kaksi markkeria toisiinsa.
Common object on dokumentoitu tarkemmin visualisoijan yhteydessä.
Pointterit geomien listaan ja rajoitusten listaan ovat globaaleja.

Kutsuu moduleita:

• find_rigid_chain
• find_and_choose_loop
• action_analysis
• locus_analysis
• intersections

Toiminta:

Deque *find_ridig_chain();

struct loop *find_and_choose_loop()

bool Constraint::Solve()
void Geom::translateGeom(Vector *translation_vector)
void Geom::rotateGeom(Marker *center, float angle)
Vector *getAxis(Vector *v1, Vector *v2, double angle)

bool Constraint::locusAnalysis()

float get_scalar_angle(Vector*, Vector*)
float get_length(Vector*)
Vector *get_vector(Point*, Point*)
Point *project_point_line(Point*, Line*)
Point *project_point_circle(Point*, Circle*)
Point *project_point_plane(Point*, Plane*)
Point *project_point_sphere(Point*, Sphere*)

Point *intersect_point_point(Point*, Point*)
Point *intersect_point_line(Point*, Line*)
Point *intersect_point_circle(Point*, Circle*)
Point *intersect_point_plane(Point*, Plane*)
Point *intersect_point_sphere(Point*, Sphere*)
Point *intersect_line_line(Line*,Line*)
Point *intersect_line_circle(Line*, Circle*)
Point *intersect_line_plane(Line*, Plane*)
Point *intersect_line_sphere(Line*, Sphere*)
Point *intersect_circle_circle(Circle*, Circle*)
Point *intersect_circle_plane(Circle*, Plane*)
Point *intersect_circle_sphere(Circle*, Sphere*)
Point *intersect_plane_plane(Plane*, Plane*)
Point *intersect_plane_sphere(Plane*, Sphere*)
Point *intersect_sphere_sphere(Sphere*, Sphere*)
(Monet luokat sisältävät lipun degeneroitunutta tilannetta varten. Siis esimerkiksi jos suorien leikkauksena saadaan koko suora, eli ne olivat samat.)

Point *GetChoice(Point *Choice1, Point *Choice2, Marker *moving)
void sendGroundedGeoms()
Point *ApproxChoice(Point *intersection1, Point *intersection2, Marker *moving)

ApproxChoice

Sillä kierroksella, kun interaktiivinen valinta on suoritettu, valitsee sen pisteen, jonka etäisyys edellisellä kierroksella valittuun pisteeseen on pienin.

Seuraavilla ratkaisukerroilla valitaan aina se vaihtoehto, jonka toteuttaminen minimoi markkereiden siirtoon käytettävän siirtovektorin ja vastaavan edellisen siirtovektorin erotuksen. Selvemmin sanoen markkerit pyrkivät vastustamaan nopeusvektorinsa muutosta. Tällä pyritään välttämään mekanismin simuloinnissa tapahtuvia "hyppäyksiä" ja muita mekanismin luonnollisen toiminnan vastaisia ratkaisun valintoja. Yritetään siis pitää mekanismin toiminta mahdollisimman "jatkuvana".

Tietorakenteet:

Algoritmit:

Funktio ApproxChoice valitsee palautettavan pisteen minimoimalla siirrettävän markkerin nopeusvektorin muutosta.

Testattavuus:

Nähdään käytännössä, pysyykö mekanismien toiminta jatkuvana, ja että interaktiivinen valinta toimii odotetulla tavalla.

Virhetilanteet:

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---

3.6.5. Visuaalisen mallin määrittelijä modulijako

Kuva visuaalisen mallin määrittelijän modulikaaviosta (postscript).

---

Moduli: defModel

Tehtävä:

Moduli, jossa visuaalinen malli määritellään.

Tiedostot:

• defModel.h
  
• defModel.cc
  

Rajapinta:

int main (int argc, char **argv);

Kutsuu moduleita:

• "ACIS Application Procedural Interface"
• polygModel

Toiminta:

Moduli luo ACIS:illa visuaalisen mallin. Moduli kutsuu polygModel:ia, joka tallentaa ACIS-mallin polygonimuodossa tiedostoon.

Modulille on vaihtoehtoisia toteutuksia, joista kaksi toteutetaan.

Ensimmäiessä toteutuksessa defModel jaetaan osamoduleihin: defMain, defModel1, defModel2, defModel3, ...
defMain alustaa ACIS:in ja polygonimuuntimen, ja kutsuu kutakin defModel<n>:ää. Jokaisessa defModel<n>:ssä on yhden ACIS-mallin määrittely. defMain tallettaa kunkin mallin omaan tiedostoon kutsumalla polygModel:in polyg_save:a.

Toisessa toteutuksessa defModel saa argumenttina kaksi tiedostonnimeä. Ensimmäinen on tiedosto, jossa on ACIS-formaatilla talletettu visuaalinen malli. Toinen on kohdetiedosto, johon polygonimalli tallennetaan. Tämä toteutus antaa mahdollisuuden polygonisoida ulkopuolisen ohjelman tekemiä ACIS-malleja, mikäli tämä on tallennettu tiedostoon ACIS-formaatilla.

Lisäksi on mahdollista, että käyttäjä laatii ao. modulin tai lisää defModel<n>:eita.

Virhe- ja poikkeustilanteet:

Mikäli jokin ACIS:in API-kutsu tai polygonisoijan kutsu antaa paluuarvona ERROR, tulostetaan virheilmoitus, joka kertoo mikä käsky ei onnistunut. Lisäksi keskeytetään ohjelman suorittaminen.

Testattavuus:

Ei polygonisoida mallia vaan talletetaan se ACIS-formaatilla tiedostoon, ja katsotaan "ACIS Test Harness":illa onnistuiko mallin määrittely.

---

Moduli: defMain

Tehtävä:

Alustaa ACIS:in ja polygonisoijan sekä kutsuu defModel<n>:eitä.

Tiedostot:

• defMain.cc
  

Rajapinta:

int main (int argc, char **argv);

Kutsuu moduleita:

• defModel1, defModel2, ...

Toiminta:

Moduli alustaa ACIS:in ja polygonisoijan. Moduli sisältää silmukan, joka kutsuu vuorollaan jokaista defModel<n>:ää. Moduli saa defModel<n>:iltä paluuarvona "body":n jonka se tallettaa polygonimuodossa tiedostoon kutsumalla polyg_save:a.

---

Moduli: defModel<n>

Tehtävä:

Moduli, jossa n:s visuaalinen malli määritellään.

Tiedostot:

• defModel_1.cc
  
• defModel_2.cc
  
• defModel_3.cc
  
• defModel_4.cc
  

Rajapinta:

BODY* defModel<n> ();

Toiminta:

Moduli on aliohjelma, joka luo ACIS:illa visuaalisen mallin. Modulin paluuarvo on pointteri malliin.

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---

3.6.6. Polygonisoijan modulijako

Kuva polygonimuuntimen modulikaaviosta (postscript).

---

Moduli: polygMain

Tehtävä:

Moduli muodostaa polygonisoijan rajapinnan.

Tiedostot:

• polygMain.h
  
• polygMain.cc
  

Rajapinta:

int polyg_init (float surf_dev, float norm_dev);
int polyg_attr (float surf_dev, float norm_dev);
int polyg_save (char *filename, BODY* body);
int polyg_terminate ();

Kutsuu moduleita:

• "ACIS Facetter Husk"
• polygSave

Toiminta:

Polygonimuunnin käyttää ACIS Facetter Husk:ia polygonien tekemiseen. "polyg_init" käynnistää Facetterin ja "polyg_terminate" sammuttaa sen. Tästä syystä visuaalisen mallin määrittelijä, "defModel", ei saa käyttää Facetteria "polyg_init" ja "polyg_terminate" -käskyjen välillä.

Facetterin käynnistämisen lisäksi "polyg_init" määrittelee facetterille "refinements"-optioita, jotka vaikuttavat muunnoksessa syntyvän polygon-mesh:in tarkkuuteen ja nurkkapisteiden lukumäärään. "refinements"- optioita voi muuttaa myös "polyg_attr" -käskyllä.

"polyg_save" muodostaa visuaalisesta mallista polygon meshin, ja kutsuu polygSave-modulia.

Virhe- ja poikkeustilanteet

Mikäli rajapintaan kuuluva funktio ei onnistu, annetaan paluuarvona ERROR.

---

Moduli: polygSave

Tehtävä:

Tallentaa polygon meshin tiedostoon.

Tiedostot:

• polygSave.h
  
• polygSave.cc
  

Rajapinta:

int polyg_mesh_to_file (POLYGON_POINT_MESH*& pmesh);

Toiminta:

Lukee polygon meshin ACIS-tietorakenteesta ja tallentaa sen polygoni kerrallaan tiedostoon. Kustakin polygonista tallennetaan sen jokaisen nurkkapisteen sijainti ja normaalivektori.

Testattavuus

Polygonimallinen tiedosto on tekstimuotoinen, joten ensimmäisenä testinä luodaan polygonimalli kuutiosta ja katsotaan, onko polygonitiedostossa virheetön malli.

---

3.6.7. Prosessien välinen kommunikointi

Simulaattorin kahden prosessin, instantioijan ja visualisoijan, välinen tiedonsiirto hoidetaan viestien välityksellä. Unix tarjoaa viestien välitykseen systeemikutsut "msgget", "msgsend", "msgrcv" ja "msgctl".

3.6.7.1. kineMessage

KineMessage on kirjasto, joka toteuttaa viestin välityksen simulaattorin kahden prosessien välillä käyttämällä Unix:in systeemikutsuja.

Kirjasto sisältää funktiot:

• void kineSend(int pid, int key, char *messagetext) lähettää prosessille pid viestin key, jossa on data messagetext.
  Lopettaa ohjelman, jos lähetys epäonnistui.

• int kineReceive(int pid, int key, char *returntext) kopioi vastaanottajalle pid lähetetyn viestin key dataosan argumentin returntext osoitteeseen.
  Palauttaa kopioitujen tavujen lukumäärän, tai -1 jos vastaanotto epäonnistui.

Koska kineMessage välittää datan aina merkkijonona char *messagetext, täytyy viestin vastaanottajan tietää minkä tyyppistä dataa lähettäjä on lähettänyt. Tämä näkyy viestikohtaisista tietorakenteista.

3.6.7.2. Viestien dataosan tietorakenteet

• LOAD: char filename[MSG_SIZE]
  Merkkijonossa on valitun tiedoston nimi.

• TEXT: char text[MSG_SIZE]
  Merkkijonossa on viesti-ikkunaan tulostettava teksti.

• CHOOSE: char points[MSG_SIZE]
  Merkkijonossa ovat pisteiden koordinaatit float Mark1_x, float Mark1_y, float Mark1_z, float Mark2_x, ... välilyönnillä erotettuina.

• CHOSEN: char selected[MSG_SIZE]
  Merkkijonossa on luku int index, joka tarkoittaa valitun pisteen indeksiä viestin CHOOSE järjestyksessä alkaen ykkösestä.

• MODE: char mode_name[MSG_SIZE]
  Merkkijonossa on valitun moodin nimi.

• LOAD_OK: NULL

• START: NULL

• STOP: NULL

• QUIT: NULL

• LOAD_FAILED: NULL

• PARAMS_FUNCS: char params_funcs[MSG_SIZE]
  Merkkijonossa ovat tiedot float param , char *arg ja char *func välilyönnillä erotettuina. param-func -parit erotetaan toisistaan myös välilyönnillä. Tässä param on parametrin arvo, arg on funktion argumentit ja func on funktion nimi. param laitetaan merkkijonoon esim. kirjastofunktiolla "sprintf" ja otetaan merkkijonosta funktiolla "atof".

• LAST_VALUES: char params[MSG_SIZE]
  Merkkijono koostuu välilyönnillä toisistaan erotetuista luvuista float param, jotka ilmoittavat kyseisen parametrin arvon.
  Lukujen tulee olla samassa järjestyksessä kuin yllä.

• DYN_PARAMS: char names[MSG_SIZE]
  Merkkijono koostuu välilyönnillä toisistaan erotetuista parametrien nimistä. Nimien tulee olla samassa järjestyksessä kuin yllä.

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---

5. Käyttöohjeet

5.1. Instantioija

Instantioijan ikkunasta ohjataan simulaatiota antamalla parametreille arvoja ratkaistavaksi sekä käynnistämällä tai keskeyttämällä animointi.

Animoinnin ollessa käynnissä ainoa mahdollinen käsky on pysäytys "Stop"-nappia painamalla. Tällöin muut toiminnot aiheuttavat virheilmoituksen Messages-ikkunaan.

Tehty valinta näkyy tummana neliönä, valitseminen tapahtuu vasemmalla hiiren napilla. Ainoa varmistava dialogi tulee lopetus eli "Quit" -käskystä, muuten valinta vaikuttaa heti instantioijassa.

Kuva 1. Instantioijan ikkuna.

5.1.1 File-alasvetovalikko

Ilmestyy painamalla hiiren vasemmalla napilla valikon nimeä "File".

Toiminnot:

• "Reload" lataa aiemmin valitun, ikkunan otsikossa näkyvän, tiedoston.
• "Load" käynnistää tiedostonselausikkunan, josta valitaan hiirellä kaksoisnäpäyksellä tai yksinkertaisella valinnalla ja OK-napilla ladattava tiedosto. Toiminnon voi peruuttaa painamalla QUIT-napista tai tappamalla selausikkunan.
• "Quit" esittää varmistusdialogin, johon valitsemalla "Ok" lopetetaan koko simulaattori.

Kuva 2. Tiedostonselausikkuna.

5.1.2 Funcs-alasvetovalikko

Ilmestyy painamalla hiiren vasemmalla napilla valikon nimeä "Funcs".

Valikossa näkyvät valittavana olevat parametreihin liitettävät syöttöfunktiot. Kun parametri on valittu parametrilistasta, tästä valikosta hiirellä valitsemalla saa muutettua parametrin syöttöfunktiota. Muutos näkyy parametrilistassa. Oletusarvoisena funktiona parametrille on suora muutos nykyisestä parametrin arvosta haluttuun arvoon. Muutos astuu voimaan muissa osajärjestelmissä vasta painettaessa "Start"-nappia.

Kuva 3. Parametrin valinta.

5.1.3 Napit

Toimivat välittömästi painettaessa niitä hiiren vasemmalla napilla.

• "Start" käynnistää animoinnin niillä parametrien arvoilla ja funktioilla, jotka ikkunassa on valittu.
• "Stop" keskeyttää animoinnin. Parametrilistaan ilmestyvät tällöin viimeisimmät käytetyt arvot.

5.1.4 Parametrilista

Parametrilistasta näkee ratkaisijan käyttämät viimeisimmät arvot.

Parametrilistasta voidaan valita rivi tietyn parametrin asetusarvon, syöttöfunktion ja funktion argumentin antamiseksi.

Parametrilista koostuu järjestyksessä seuraavista tiedoista:

• Parametrin järjestysnumero ja nimi.
  Nimi on käyttäjän antama dynaamisen rajoituksen parametrin nimi.
• Parametrin syöttöfunktion nimi.
  Tämä voidaan asettaa "Funcs"-valikosta, kun parametri on valittu.
• Parametrin syöttöfunktion argumentti.
  Tämä voidaan antaa kenttään "Parameter Func Arg:", kun parametri on valittu.
  Useampi argumentti voidaan antaa aaltosuluissa.
• Parametrin arvo.
  Tämän asetusarvo voidaan antaa kenttään "Parameter Set Value:", kun parametri on valittu.

Asetusarvo annetaan valitsemalla hiirellä ensin muutettava parametrin rivi, sekä aktivoimalla tämän jälkeen asetusarvon kenttä. Kenttään tulee näkyviin nykyinen arvo sekä vilkkuva kursori. Tällöin uusi arvo voidaan kirjoittaa näppäimistöltä vanhan tilalle. Asetus lopetetaan Enteriä tai rivinvaihtoa painamalla, jolloin valinnan osoittava neliö poistuu. Funktion argumentti annetaan samalla periaatteella argumentin kenttään.

Muutos astuu voimaan muissa osajärjestelmissä vasta painettaessa "Start"-nappia.

5.1.5 Leikkauspisteiden valinta

Ratkaisijan pyytäessä käyttäjää valitsemaan leikkauspistettä tulostuu Messages-ikkunaan valintateksti sekä koordinaattipisteet omille riveilleen. Käyttäjän on valittava näistä yksi ratkaisun löytämiseksi.

Valinta tapahtuu yksinkertaisesti klikkaamalla sitä riviä, jolle haluttu piste on tulostettu.

Kuva 4. Leikkauspisteiden valintatilanne.

5.1.6 Moodin valinta

Ratkaisun animointiin vaikuttavat moodit Päällä oleva moodi näkyy "Moodi:"-alasvetovalikon nimessä.

Valinta tapahtuu valitsemalla Moodi-alasvetovalikosta jokin rivi, jolloin kyseisen moodin nimi vaihtuu alasvetovalikon otsikkoon. Moodin valinta astuu voimaan vasta painettaessa Start-nappia.

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---

5.2. Visualisoija

Visualisoijan ikkunassa on mahdollista pyörittää ja zoomata mallia hiirellä sekä animaation aikana että mallin ollessa pysähdyksissä. Popup-menuista löytyy lisäksi toiminnot koordinattiakselien kytkemiseksi päälle/pois sekä animaation pysäyttämiseksi.

5.2.1. Popup-menut

Popup-menut ilmestyvät näkyviin painamalla hiiren oikeanpuolimmaista nappia visualisoijan ikkunassa.

Kuva 5. Popup menu.

Toiminnot:

• Pause, pysäyttää animaation hetkellisesti
• Toggle axes laittaa koordinaattiakselit päälle/pois
• Init camera laittaa kameran alkuasentoonsa
• Polygon mode valitsee täytetyt polygonit/rautalankamallin
• Quit, poistuu visualisoijasta

5.2.2. Mallin katselu

Hiirellä voi pyörittää ja zoomata mallia pitämällä vasemman puoleista tai keskimmäistä nappia pohjassa ja liikuttamalla hiirtä.

Toiminnot vasen nappi pohjassa:

• ylös, suurentaa mallia
• alas, pienentää mallia
• vasemmalle/oikealle, pyörittää mallia globaalin koordinaatiston z-akselin ympäri

Toiminnot keskimmäinen nappi pohjassa:

• ylös/alas, pyörittää mallia globaalin koordinaatiston x-akselin ympäri
• vasemmalle/oikealle, pyörittää mallia globaalin koordinaatiston y-akselin ympäri

Kuva 6. Visualisoijan ikkuna.

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---

5.3. Määrittelykieli

Määrittelykielen 1. esimerkki (postscript).
Määrittelykielen 2. esimerkki (postscript).

Semantiikkaa

[ ] merkkien sisällä olevat termit voi jättää pois
< > merkkien sisällä olevia termejä ei saa jättää pois

---

Markerin määrittely

marker <marker> (<global_coord>);

Parametrit:

<marker>

markerin nimi

<global_coord>

markerin koordinaatisto globaalissa koordinaatistossa
(ks. kohta kordinaatiston määrittely)

Esimerkki:

marker piste_a (4.6, 5, 0, 45, 45, 0);
marker piste_b (5, 0, 0, 90, 90, 90);

---

Linkin määrittely

link <link> (<global_coord>) [visual_model]
{
    <marker> (<local_coord>);
    <marker> (<local_coord>);
    ...
}

Parametrit:

<link>

linkin nimi

<global_coord>

linkin koordinaatisto globaalissa koordinaatistossa
(ks. kohta kordinaatiston määrittely)

[visual_model]

visuaalisen mallin id_numero tai tyyppi

Visuaalisen mallin tyypit ovat

• common: visuaalinen ulkoasu on common-object
• loop: visuaalinen ulkoasu on common-object, missä viimeinen markeri on yhdistetty ensimmäiseen
• blank: linkki on näkymätön
• <n>: polygonimalli

Mikäli mallityyppiä tai id-numeroa ei anneta, on linkki näkymätön.

<marker>

markerin nimi

<local_coord>

markerin koordinaatisto linkin lokaalissa koordinaatistossa
(ks. kohta kordinaatiston määrittely)

Esimerkki:

link l1 (undef) 3 
{
    piste_a (ident);
    piste_c (-4, 1, 0, 45, 90, 90);
    piste_d (4, 1, 0, -45, 90, 0);
}

link l2 (ident) 4
}
    piste_e (ident);
}

---

Constraintin määrittely

Sallitut muodot staattiselle rajoitukselle:

constr <constr> <type> (<marker-1>, <marker-2>, <param>);
constr <constr> <type> (<marker-1>, <marker-2>);

Sallittu muodot dynaamiselle rajoitukselle:

dynconstr <constr> <type> (<marker-1>, <marker-2>, <param>);

Parametrit:

<constr>

rajoituksen nimi

<type>

rajoituksen tyyppi

Rajoitustyypit ovat:

• coincident: Markerit ovat samassa paikassa.
• inline: marker-1 on marker-2:en z-akselilla.
• inplane: marker-1 on marker-2:en xy-tasolla.
• displacement: marker-1:en ja marker-2:en välinen etäisyys on x (parametri).
• parallel-z: marker-1:en ja marker-2:en z-akselit ovat samansuuntaiset.
• perpendicular-z: marker-1:en ja marker-2:en z-akselit ovat kohtisuorassa.
• co-oriented: marker-1:en ja marker-2:en z-akselit ovat samansuuntaiset sekä marker-1:en x-akselin kulma marker-2:en x-akseliin on alpha (parametri).
• screw: marker-1:en ja marker-2:en z-akselit ovat samansuuntaiset sekä marker-1:en x-akselin kulma marker-2:en x-akseliin on suoraan verrannollinen markerien väliseen etäisyyteen. Verrannollisuuskerroin on delta (parametri).

<marker-1>, <marker-2>

markerien nimet

Jonkintyyppisissä rajoituksissa markerit ovat epäsymmetrisessä asemassa. Esimerkiksi inline-rajoituksessa marker-1 on marker-2:en z-akselin suuntaisella marker-2:en origoa leikkaavalla suoralla.

huom. Jotta rajoitus voi viitata markeriin, täytyy markeri olla ensin määritelty. Markeri määritellään joko "marker"-käskyllä tai mainitsemalla markeri "link"-käskyn marker-listassa.

<param>

tyyppiin liittyvä parametri

Esimerkki:

constr raj_a coincident (piste_a, piste_e);
dynconstr raj_b offset-x (piste_a, piste_b, 20);

---

Valinta vaihtoehtoisista ratkaisuista

solution <count>;

Parametrit:

<count>

vaihtoehdon numero

Jos kinemaattisella mallilla on useita ratkaisuja, esitetään n:s ratkaisu.

Esimerkki:

solution 2;

---

Visuaalisen mallin tiedoston määrittely

load "<file_name>" <id_number> [color];

Parametrit:

<file_name>

tiedoston nimi

<id_number>

visuaalisen kappaleen id-numero

<color>

Värin nimi

huom. Jotta väriin voi viitata, se täytyy ensin määritellä.
(ks. värin määrittely)

Mikäli väriä ei anneta, on visuaalisen mallin väri valkoinen.

Esimerkki:

load "robotti.kasi.poly" 4 green;

---

Värin määrittely

color <color> (<red>, <green>, <blue>);

Parametrit:

<color>

värin nimi

<red>, <green>, <blue>

värin RGB-arvot
Väri määritellään antamalla väreille "red", "green" ja "blue" lukuarvot. Luvut voivat olla välillä [0..1]. Esimerkiksi (0,0,0) on musta, (1,1,1) on valkoinen ja (0,0,1) on sininen.

Esimerkki:

color green (0.1, 1, 0.1);

---

Koordinaatiston määrittely

Koordinaatistomuunnos määrittelee lokaalin koordinaatiston globaalissa tai hierarkisesti ylemmässä lokaalissa koordinaatistossa. Koordinaatistomuunnoksen voi määrittää kokonaan, osittain tai ei ollenkaan.

Seuraavat muodot ovat sallittuja globaalin koordinaatiston muunnoksessa:

(<x-coord>, <y-coord>, <z-coord>, <alpha>, <beta>, <gamma>)
(ident)
(undef)

Seuraavat muodot ovat sallittuja lokaalin koordinaatiston muunnoksessa:

(<x-coord>, <y-coord>, <z-coord>, <alpha>, <beta>, <gamma>)
(<x-coord>, <y-coord>, <z-coord>, autodirect-z)
(<x-coord>, <y-coord>, <z-coord>, autodirect-x)
(ident)

Parametrit:

<x-coord>, <y-coord>, <z-coord>

x-, y- ja z-koordinaatit

Koordinaatit määrittävät lokaalin koordinaatiston origon globaalissa tai hierarkisesti ylemmässä lokaalissa koordinaatistossa.

<alpha>, <beta>, <gamma>

koordinaatiston akselien suunnan määrittely

Akselien suunnanmuutos tapahtuu kiertämällä koordinaatistoa ensin alpha-astetta x-akselin ympäri, sitten beta-astetta y-akselin ympäri ja lopuksi gamma-astetta z-akselin ympäri. Kiertosuunta on kaikissa muunnoksissa koordinaatiston kiertoakselin suhteen vastapäivään.

Vakiot:

ident

identity-koordinaatistomuunnos

Määriteltävän lokaalin koordinaatiston origo on globaalin tai hierarkisesti ylemmän koordinaatiston origossa. Akselien suunnat ovat samat molemmissa koordinaatistoissa.

undef

koordinaatistomuunnosta ei ole määritelty

autodirect-z

z-akselin automaattimääritys

Markerien z-akselit asetetaan keskenään samansuuntaisiksi ja kohtisuoraksi markerien väliseen janaan.

autodirect-x

x-akselin automaattimääritys

Markerien x-akselit asetetaan osoittamaan toisiaan.

5.4. Konvertteri

Konvertteri muuttaa ACIS-formaatin mukaisia tiedostoja Kinesimun ymmärtämään polygonimuotoon.

convert [-n ] [-s surface-deviation] infile outfile

normal-deviation: kulmapisteiden normaalivektoreiden maksimivirhe asteissa
surface-deviation: polygonisoidun pinnan sijainnin maksimivirhe suhteessa mallin kokoon.

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---

4. Käsiteluettelo

• Markkeri eli marker
  Piste, jolla on oma koordinaatisto. Koordinaatisto määrittää pisteen asennon. Markkerin koordinaatisto määrää myös geomiin mahdollisesti kuuluvien muiden pisteiden sijainnit ja asemat, koska tässä käsitellyt geomit ovat kaikki jäykkiä.

• Kiinnitetty eli grounded markkeri
  Kiinnitetyn markkerin sijainti globaalissa koordinaatistossa tunnetaan.

• Rajoitus eli constraint
  Rajoitus on relaatio kahden markkerin välillä. Sen täyttäminen vaatii toisen markkerin, ja samalla sen sisältävän geomin, siirtämistä ja pyörittämistä. Rajoitus voi koskea esimerkiksi markkereiden etäisyyttä tai kulmaa. Rajoituksella voi tyypin lisäksi olla myös parametri, kuten kulman tai etäisyyden numeroarvo. Tyypeillä kulma ja etäisyys tietenkin täytyykin olla parametri, eiväthän ne muuten mitään rajoita. Tyyppejä ilman parametreja voisivat olla vaikka erikoistapaukset samansuuntaisuus ja yhtenevyys.

• Dynaaminen rajoitus eli driving input
  Dynaaminen rajoitus on rajoitus, jonka parametria muuttamalla saadaan mekanismi eri tiloihin. Näitä tiloja peräkkäin näyttämällä saadaan animaatio mekanismin toiminnasta.

• Staattinen rajoitus tai rajoitus eli constraint
  Staattisen rajoituksen parametreja ei muuteta simuloinnin aikana.

• Geomi eli geom
  Geomilla tarkoitetaan jotakin geometrista entiteettiä. Esimerkiksi jana, ympyrä ja yleinen jäykkä kappale ovat geomeja. Janaan kuuluu kaksi markkeria, ympyrään yksi markkeri ja vakio säde. Yleiseen jäykkään kappaleeseen voi kuulua yhdestä n:ään markkeria, joiden sijainnit toistensa suhteen tunnetaan. Tässä työssä yleiset jäykät kappaleet riittävät.

• Makrogeomi eli macrogeom
  Makrogeomi koostuu kahdesta tai useammasta toistensa suhteen kiinnitetystä geomista.

• Linkki eli link
  Linkki on sama kuin geomi.

• Lokaali koordinaatisto eli local coordinate system
  Jokaisella markkerilla on oma lokaali koordinaatisto. Alussa myös geomeilla on lokaali koordinaatisto, mutta sitä ei tarvita enää ratkaisuvaiheessa.

• Liitos eli joint
  Liitos on yhden tai useamman rajoituksen määräämä kahden markkerin välinen relaatio, joka kertoo kuinka markkerit voivat toistensa suhteen liikkua. Samalla se kertoo, kuinka ko. markkerit sisältävät geomit voivat toistensa suhteen liikkua. Jos esimerkiksi halutaan mallittaa ihmisen kyynärnivelen tyyppistä liitosta kolmessa ulottuvuudessa, tarvitaan kaksi rajoitusta. Toinen rajoittaa olkavarren ja kyynärvarren tiettyyn tasoon ja toinen niiden päät samaan pisteeseen. Pelkästään samaan pisteeseen rajoittamalla luotaisiin pallonivel, josta esimerkkinä olkanivel. Liitos voi tietenkin sallia myös siirtoa tai sekä siirtoa että pyörimistä, kuten putken sisällä oleva lieriö, eli nk. sylinteriliitos.

• Vapausaste eli degree of freedom
  Vapausasteilla kuvataan geomien liikkumavapautta. Niitä on käytetty myöskin markkerien liikkumavapauden määrittelyyn. Vapausaste määritellään siten, että geomin jokaista vapausastetta kohti tarvitaan yksi reaaliarvoinen parametri, jotta geomi saataisiin kiinnitettyä.Tasossa vapaa markkeri voi liikkua vapaasti kaksiulotteisessa avaruudessa eli ko. tasossa ja pyöriä tasoa vastaan kohtisuoran akselin ympäri. Niinpä sillä on kaksi siirto- ja yksi pyörimisvapausaste. Avaruudessa vapaalla markkerilla on kolme siirto- ja kolme pyörimisvapausastetta. Jos markkerilla on esimerkiksi yksi siirtovapausaste tasossa, se voi olla minkä tahansa tason suoran suuntainen. Samoin pyörimisvapausaste avaruudessa voi olla minkä tahansa avaruuden suoran ympäri.
  Englanniksi translational degree of freedom (TDOF) ja rotational degree of freedom (RDOF).

• Geometrinen malli eli geometric model
  Geometrinen malli käsittää geomit ja niiden väliset rajoitukset. Kiinnitetyt geomit ovat keino sitoa malli globaaliin koordinaatistoon.

• Kinemaattinen malli eli kinematic model
  Kinemaattinen malli on geometrinen malli, jossa jonkin staattisen rajoituksen parametria muuttamalla saadaan aikaan liikettä. Toisin sanoen jostain tai joistakin staattisista rajoituksista tehdään dynaamisia.

• Visuaalinen malli eli visual model
  Visuaalisten mallien avulla määrätään geomien ulkoasu. Esimerkiksi jana voitaisiin näyttää janan mittaisena lieriönä tai ihan minä tahansa tarkoituksenmukaisena muotona.

• Reseptikirja eli plan fragment table
  Reseptikirja eli plan fragment table kertoo kuinka jokin tietty rajoitus saadaan täytettyä. Kulloinkin käytettävä resepti eli plan fragment määräytyy täytettävän rajoituksen tyypin ja siirrettävän geomin vapausasteiden funktiona.

• Toiminta-analyysi eli action analysis
  Toiminta-analyysi eli action analysis määrää, mitä siirtoja ja translaatioita tarvitaan rajoituksen täyttämiseksi. Toiminta-analyysi toteutetaan reseptikirjassa.

• Lokus eli locus
  Lokus eli locus on markkerin sallittujen sijaintien muodostama aliavaruus. Jos esimerkiksi tasossa olevan janan toisen päätepisteen sijainti on määrätty, niin toisen pisteen lokus on ympyrä.

• Lokuskirja eli locustable
  Lokuskirja eli locustable sisältää kullakin mahdollisella tavalla rajoitettujen geomien jäsenmarkkerien lokukset. Esimerkiksi jos tasossa sijaitsevalla janalla on yksi siirtovapausaste, niin sen jäsenmarkkerien lokukset ovat vapausasteensuuntaisia suoria.

• Lokusleikkauskirja eli locus intersection
  Lokusleikkauskirja eli locus intersection table sisältää menetelmät erityyppisten lokusten välisten leikkausten laskemiseksi.

• Lokusanalyysi eli locus analysis
  Lokusanalyysi eli locus analysis tarkoittaa lokuksien ja niiden leikkausten määrittämistä markkerien mahdollisten sijaintien löytämiseksi. Esimerkiksi kahden toisestä päästään kiinnitetyn janan vapaiden pisteiden yhdistämiseksi täytyy laskea niiden ympyränmuotoisten lokuksien leikkauspisteet.

---

| Sisällysluettelo | Luku 1 | Luku 2 | Luku 3 | Luku 4 | Luku 5 | KineSimu |

---