CHƯƠNG 5 : TƯƠNG TÁC THỰC ẢO
5.2. Phần mềm giám sát hệ thống tập
Phần mềm giám sát và điều khiển hệ thống tập là một ứng dụng trên nền tàng máy tính được viết bằng ngơn ngữ C và tuân thủ tiêu chuẩn chức năng của hệ thống vật lý trị liệu trên nền tảng robot. Các khối chức năng dành cho người dùng được tạo trong C và điều này sẽ thực thi cơ sở mã cho phần mềm điều khiển. Mơ hình ảo có giao diện với các hệ thống vật lý thông qua nền tảng để được hỗ trợ việc thu tập dữ liệu. Mơ hình mơi trường ảo thực hiện trong ba giai đoạn. Đầu tiên, giai đoạn khởi tạo mơ hình, sau đó là giai đoạn vịng lặp mơ phỏng thực và cuối cùng là giai đoạn kết thúc để thực hiện các hướng dẫn. Trong giai đoạn khởi tạo mơ hình, các phương thức khởi tạo mơ hình trong mơi trường ảo kết nối với phần cứng được gọi. Mục đích của hai phương thức này là khai báo một số tham số, khởi tạo trạng thái và tín hiệu ra và
vào, thời gian lấy mẫu và thời gian thiết lập. Trong quá trình thực hiện thời gian mẫu là 1 mili giây.
Bắt đầu
Khởi tạo trang thái bán đầu hệ thống
Khới tạo thời gian lấy mẫu
Thực thi trong môi trường ảo
Chấm dứt quá trình thực thi
Nhận tín hiệu xử lý
Cài đặt tham số điều chỉnh Xử lý tín hiệu Cập nhật trạng thái Tính tốn moment Cài đặt giá trị ra Khởi tạo ban đầu Vịng mơ phỏng G ia i đ o ạn 1 G ia i đ o ạn 2 G ia i đ o ạn 3
Hình 35: Phần mềm điều khiển mơ tả giai đoạn chính của q trình thực thi.
Vịng lặp mơ phỏng thực tế ảo thực hiện tất cả các tính tốn. Giai đoạn này được thực hiện cho đến khi người dùng quyết định chấm dứt quá trình hoạt động. Phương thức này cập nhật ở mỗi chu kỳ mẫu (1 ms) để cập nhật tất cả các đầu ra của từng mơ hình điều khiển. Phương thức thực thi thiết lập tất cả các tham số liên quan của người dùng cho hệ thống hoạt động (nút bật, chế độ tập luyện, v.v.), xử lý tín hiệu (chuyển đổi tín hiệu cảm biến), cập nhật trạng thái hệ thống (vị trí đầu cuối, vận tốc và lực) của mô-men xoắn tay quay. Giai đoạn cuối cùng của việc thực hiện là chấm dứt quá trình thực thi.
Hệ thống điều khiển và ứng dụng thu thập dữ liệu đã được phát triển trên nền tảng giao diện đồ họa Unity. Nền tảng này kết nối với các hệ thống thu thập tín hiệu cảm biến để mơ phỏng và tính tốn các hoạt động của người bệnh theo thời gian thực. Nó giao tiếp với phần mềm điều khiển thơng qua các chuẩn truyền thơng của máy tính chủ. Để chạy phần mềm điều khiển, mơ hình mơi trường là một platform trên nền tảng C và khi kích hoạt hệ thống hoạt động thì lệnh start được gọi để khởi động ứng dụng. Để thu thập dữ liệu, các hệ thống cần được trang bị các cảm biến để xác định chính xác giá trị các thơng số từ đó có thể trực quan hóa và phân tích dữ liệu từ ứng dụng mong muốn. Những dữ liệu này được số hóa sau đó sẽ được phân tích tính tốn để hiển thị ra màn hình tương tác với các giá trị mà người bệnh có thể quan sát trực quan.
Hình 36: Sơ đồ khối thực thi vòng lặp để thu thập khối dữ liệu lớn.
Hình 36 mơ tả việc thực thi các lệnh thu thập dữ liệu, phương thức sử dụng hai đối tượng phạm vi cả hai nhận cùng một dữ liệu nhưng tại các khung thời gian khác nhau, xen kẽ lẫn nhau. Phạm vi đầu tiên được thiết lập hoạt động và kích hoạt khi thực hiện. Trong q trình thu thập dữ liệu, quy trình tiếp tục kiểm tra xem trạng thái phạm vi hoạt động đã kết thúc chưa. Nếu có thì nó được dừng và phạm vi thứ hai được lệnh bắt đầu. Dữ liệu và dấu thời gian của phạm vi đầu tiên được đổ vào một biến sẽ được duy trì thơng qua việc thực thi mã. Phạm vi đầu tiên và thứ hai sẽ giữ vai trò xen kẽ là
phạm vi hoạt động, chuyển dữ liệu sang biến. Nội dung của biến sẽ được lưu vào một văn bản định dạng ASCII trong máy tính chủ.
Cấu trúc mơi trường ảo và trị chơi ảo
Mơi trường mơ phỏng và các trị chơi để tập vật lý trị liệu được triển khai bằng nền tảng Unity. Thiết kế tận dụng lợi thế của công cụ mô phỏng và các mẫu mô phỏng hệ thống có sẵn đi kèm với phần mềm.
Mơi trường ảo
Công cụ mô phỏng nhằm giải quyết một số vấn đề phát sinh từ một ứng dụng đa quy trình rất phức tạp cho hệ thống cơ điện tử. Những vấn đề như vậy được giải quyết là tốc độ xử lý của phần mềm, khả năng kết hợp và khả năng quan sát trực quan. Công cụ mô phỏng sử dụng một công cụ vật lý gọi là Unity. Môi trường mô phỏng bao gồm các thực thể đại diện cho các đối tượng trong thế giới thực. Mỡi thực thể có các thành phần vật lý và hình ảnh. Thành phần vật lý định nghĩa các tính chất vật lý của đối tượng và xác định sự tương tác giữa đối tượng và môi trường. Thành phần trực quan de nes thuộc tính hình ảnh của đối tượng và liên quan đến kết xuất của đối tượng. Thách thức thực hiện môi trường ảo là trong việc tạo và thao tác hai thành phần này.
Kiến trúc trò chơi
Kiến trúc của mơ phịng ảo trong q trình tập vật lý trị liệu bao gồm các lớp như sau: bộ điều khiển, lớp điều khiển, lớp chính, lớp tập luyện mơ phỏng. Đường với mũi tên thể hiện sự kế thừa. Lớp ở đầu mũi tên là lớp cha. Mũi tên với đường chấm chấm biểu thị mối quan hệ lớp trong đó lớp ở đầu mũi tên là ví dụ.
Hình 37: Kiến trúc trị chơi
Phát hiện va chạm trong thực tế Augmented
Phát hiện va chạm là rất cần thiết trong nhiều ứng dụng như trị chơi máy tính, mô phỏng vật lý, robot, tạo mẫu ảo và mô phỏng kỹ thuật để đảm bảo sự xuất hiện thực tế. Trong môi trường AR, phát hiện va chạm là một trong những khía cạnh thiết yếu để tạo ra cách thức tương tác giữa các đối tượng ảo và các đối tượng thực mà chụp bằng webcam xảy ra. Nó thường đề cập đến việc phát hiện một vấn đề có vẻ đơn giản: phát hiện hai hoặc nhiều đối tượng đang giao nhau. Cụ thể hơn, phát hiện va chạm liên quan đến các vấn đề xác định liệu các vật thể có giao nhau hay khơng, khi nào vụ va chạm sẽ xảy ra hoặc đã xảy ra và làm thế nào các vật thể tiếp xúc với nhau. Để trả lời các câu hỏi đó một cách hiệu quả, hệ thống hoặc thuật toán va chạm phải được thiết kế bằng cách xem xét một số yếu tố như biểu diễn miền ứng dụng, các loại truy vấn khác nhau, tham số mô phỏng môi trường, hiệu suất, độ mạnh và dễ thao tác và sử dụng [209]. Biểu diễn miền ứng dụng: Các biểu diễn hình học như biểu diễn đa giác hoặc
biểu diễn hình học rắn có tính xây dựng của cảnh và các đối tượng của nó đóng vai trị quan trọng trong việc phát triển các thuật toán phát hiện va chạm. Trong bất kỳ mơi trường AR nào, có thể truyền hình học kết xuất trực tiếp vào hệ thống va chạm; tuy nhiên, tốt hơn là có hình học riêng biệt để đơn giản hóa và tăng tốc độ phát hiện. Ngoài ra, việc cung cấp các hệ thống va chạm chuyên biệt cho các tình huống cụ thể thay vì có một hệ thống phát hiện va chạm bao gồm tất cả là điều khôn ngoan.