採用邊際作用的控制點約束方法
2023-04-28 05:35:01
專利名稱：採用邊際作用的控制點約束方法
技術領域：
本發明涉及計算機支持協同工作的協同感知領域，特別是涉及一種採用邊際作用的控制點約束方法。
背景技術：
20世紀人類的傑出成果之一計算機技術把人類社會帶入了信息化時代。伴隨著信息化進程的不斷深入，通信技術、計算機及網絡技術相融合，產生了一個新的研究領域—計算機支持的協同工作CSCW(Computer SupportedCooperative Work)。
當協同設計者在共同工作時，監測遠程控制點軌跡能夠較好地幫助用戶理解和預測其他設計者的意圖。展現遠程圖案對象的變化過程對於支持協同工作是很有價值的手段。然而，網絡常常存在延遲的不穩定，也叫做抖動(jitter)，這可能導致實時環境下展現遠程參與者活動的不準確。抖動會造成遠程控制點移動軌跡的不連續，導致用戶誤解甚至是操作衝突。為了緩和抖動帶來的負面作用，通常採用基於已知歷史位置來預測遠程控制點下一個位置的方法，以模擬運動的軌跡，達到平滑自然的效果。
目前軌跡跟蹤(Tracing)技術存在一定的局限，在網際網路聯機遊戲中主要採用Dead-reckoning方法來提高玩家與分布式對象的交互效果。Dead-reckoning方法利用了對象的速度、加速度參數，在基於力學的強慣性物體的移動過程中表現出良好的效果。Dead-reckoning預測方法同樣被應用到削減控制點移動的抖動效果，實驗證明這種預測可以提高群組系統中用戶間交互的立即性和自然性。
然而，當抖動時間較長時，Dead-reckoning在該應用下的預測精確度會明顯下降。其原因在於通常情況下，設計者在一段時間內只會關注其周圍固定的編輯區域。當控制點移動到其他位置時，新的位置很可能與初始位置在距離上較接近。並且，用戶的控制點移動到屏幕之外的可能性並不大，而Dead-reckoning方法沒有考慮到這種邊際化的效果。
發明內容
本發明的目的在於提供一種採用邊際作用的控制點約束方法。
本發明解決其技術問題採用的技術方案如下
1)記錄最近N秒鐘之內的遠程控制點在每個毫秒的移動位置；2)當網絡抖動發生時，為了預測控制點的移動位置，首先計算控制點在X方向和Y方向的當前速度，用aveVelocityX和aveVelocityY來表示；近似速度是通過離當前最近的Tlast時刻的位置坐標(Xlast，Ylast)以及M毫秒前Tflag時刻接收到的位置坐標(Xflag，Yflag)來計算的；aveVelocityX=(Xlast-Xflag)/(Tlast-Tflag)aveVelocityY=(Ylast-Yflag)/(Tlast-Tflag)]]>3)計算控制點在X方向和Y方向的當前加速度，用aveAccelerationX和aveAccelerationY來表示；近似加速度是通過離當前最近的Tlast時刻(Xlast，Ylast)位置的速度以及Tflag時刻(Xflag，Yflag)位置的另一個速度來計算的；aveAccelerationX=(VelocityXlast-VelocityXflag)/(Tlast-Tflag)aveAccelerationY=(VelocityYlast-VelocityYflag)/(Tlast-Tflag)]]>4)計算初始預測位置將控制點的當前位置記做(Xcurrent，Ycurrent)，而控制點的下一個位置記做(Xnext，Ynext)，當網絡抖動發生的時候，(Xnext，Tnext)的預測通過以下公式來計算Xnext=Xcurrent+aveVelocityX*T+aveAccelerationX*T2Ynext=Ycurrent+aveVelocityY*T+aveAccelerationY*T2]]>其中T是當前抖動延時；5)計算預測權重根據用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離，來計算預測權重α；距離越遠，約束越明顯；=1,LengthUnitLength(Length/UnitLength)b,0b1,Length>UnitLength]]>其中Length是用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離；UnitLength可以根據不同的系統和應用來決定；b是小於1大於0的常數；由用戶初始拖動的位置為圓心，UnitLength為半徑形成一個範圍，如果初始預測的位置在該範圍內，系統保持原有預測的位置不改變，即α＝1；當初始預測的位置超出該範圍，系統採用(Length/UnitLength)b作為權重；
6)進行控制點預測的約束利用預測權重對初始預測結果進行進一步的邊際化約束，初始預測位置是(Xnext，Ynext)，控制點邊際化約束的結果記做(X′next，Y′next)，Xnext=Xnext+Unitlength**sinYnext=Ynext+UnitLength**cos]]>其中sinβ代表控制點在x方向的分量；cosβ代表控制點在y方向的分量；7)將遠程控制點按照邊際化約束的結果(X′next，Y′next)繪製在用戶的屏幕上；8)擦除前一個預測的控制點，繪製最新預測的控制點，依此類推，直到將抖動過程中所有預測的控制點繪製完成。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是傳統的預測方法沒有考慮到邊際化的效果，本發明動態預測控制點的運動軌跡，根據用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離，來調整預測權重。離初始位置越遠，邊際化約束越明顯，約束呈現指數性增強。這種預測的結果更符合人類的操作習慣。本發明可以較好的應用在協同圖案設計等領域的實時感知問題。
具體實施例方式
採用邊際作用的控制點約束方法的具體實現流程如下。
1)記錄最近N秒鐘之內的遠程控制點在每個毫秒的移動位置；例如，可以記錄最近2秒鐘之內的位置數據。
2)當網絡抖動發生時，為了預測控制點的移動位置，首先計算控制點在X方向和Y方向的當前速度，用aveVelocityX和aveVelocityY來表示；近似速度是通過離當前最近的Tlast時刻的位置坐標(Xlast，Ylast)以及M毫秒前Tflag時刻接收到的位置坐標(Xflag，Yflag)來計算的；aveVelocityX=(Xlast-Xflag)/(Tlast-Tflag)aveVelocityY=(Ylast-Yflag)/(Tlast-Tflag)]]>例如，M值取100毫秒，即0.1秒。Tlast時刻的位置坐標是(310，320)，Tflag時刻接收到的位置坐標是(300，300)，坐標都以象素作為單位。
aveVelocityX=(Xlast-Xflag)/100=(310-300)/0.1=100aveVelocityY=(Ylast-Yflag)/100=(320-300)/0.1=200]]>(象素/s)
3)計算控制點在X方向和Y方向的當前加速度，用aveAccelerationX和aveAccelerationY來表示；近似加速度是通過離當前最近的Tlast時刻(Xlast，Ylast)位置的速度以及Tflag時刻(Xflag，Yflag)位置的另一個速度來計算的；aveAccelerationX=(VelocityXlast-VelocityXflag)/(Tlast-Tflag)aveAccelerationY=(VelocityYlast-VelocityYflag)/(Tlast-Tflag)]]>假設Tlast時刻(Xlast，Ylast)位置的速度是(100，100)，那麼加速度計算如下aveAccelerationX=(100-100)/0.1=0aveAccelerationY=(200-100)/0.1=1000]]>(象素/s2)4)計算初始預測位置將控制點的當前位置記做(Xcurrent，Ycurrent)，而控制點的下一個位置記做(Xnext，Ynext)，當網絡抖動發生的時候，(Xnext，Tnext)的預測通過以下公式來計算Xnext=Xcurrent+aveVelocityX*T+aveAccelerationX*T2Ynext=Ycurrent+aveVelocityY*T+aveAccelerationY*T2]]>其中T是當前抖動延時；如上例，假設T＝100(ms)Xnext=310+100*0.1=320Ynext=320+200*0.1+1000*0.12=350]]>5)計算預測權重根據用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離，來計算預測權重α。距離越遠，約束越明顯；=1,LengthUnitLength(Length/UnitLength)b,0b1,Length>UnitLength]]>其中Length是用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離。
UnitLength可以根據不同的系統和應用來決定。
b是小於1大於0的常數；由用戶初始拖動的位置為圓心，UnitLength為半徑形成一個範圍。如果初始預測的位置在該範圍內，系統保持原有預測的位置不改變，即α＝1。當初始預測的位置超出該範圍，系統採用(Length/UnitLength)b作為權重。
例如，Length＝200象素，UnitLength＝100象素，b＝1/2。由於Length＞UnitLength，=(Length/UnitLength)b=(200/100)12=212]]>6)進行控制點預測的約束利用預測權重對初始預測結果進行進一步的邊際化約束。初始預測位置是(Xnext，Ynext)，控制點邊際化約束的結果記做(X′next，Y′next)，Xnext=Xnext+Unitlength**sinYnext=Ynext+UnitLength**cos]]>其中sinβ代表控制點在x方向的分量；cosβ代表控制點在y方向的分量。
如上例，假設Xnext=320+100*212*15=383Ynext=350+100*212*25=426]]>7)將遠程控制點按照邊際化約束的結果(X′next，Y′next)繪製在用戶的屏幕上；8)擦除前一個預測的控制點，繪製最新預測的控制點，依此類推，直到將抖動過程中所有預測的控制點繪製完成。
權利要求
1.一種採用邊際作用的控制點約束方法，其特徵在於1)記錄最近N秒鐘之內的遠程控制點在每個毫秒的移動位置；2)當網絡抖動發生時，為了預測控制點的移動位置，首先計算控制點在X方向和Y方向的當前速度，用aveVelocityX和aveVelocityY來表示；近似速度是通過離當前最近的Tlast時刻的位置坐標(Xlast，Ylast)以及M毫秒前Tflag時刻接收到的位置坐標(Xflag，Yflag)來計算的；aveVelocityX=(Xlast-Xflag)/(Tlast-Tflag)aveVelocityY=(Ylast-Yflag)/(Tlast-Tflag)]]>3)計算控制點在X方向和Y方向的當前加速度，用aveAccelerationX和aveAccelerationY來表示；近似加速度是通過離當前最近的Tlast時刻(Xlast，Ylast)位置的速度以及Tflag時刻(Xflag，Yflag)位置的另一個速度來計算的；aveAccelerationX=(VelocityXlast-VelocityXflag)/(Tlast-Tflag)aveAccelerationY=(VelocityYlast-VelocityYflag)/(Tlast-Tflag)]]>4)計算初始預測位置將控制點的當前位置記做(Xcurrent，Ycurrent)，而控制點的下一個位置記做(Xnext，Ynext)，當網絡抖動發生的時候，(Xnext，Ynext)的預測通過以下公式來計算Xnext=Xcurrent+aveVelocityX*+aveAccelerationX*T2Ynext=Ycurrent+aveVelocityY*T+aveAccelerationY*T2]]>其中T是當前抖動延時；5)計算預測權重根據用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離，來計算預測權重α；距離越遠，約束越明顯；=1,LengthUntiLength(Length/UnitLength)b,0b1,Length>UnitLength]]>其中Length是用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離；UnitLength可以根據不同的系統和應用來決定；b是小於1大於0的常數；由用戶初始拖動的位置為圓心，UnitLength為半徑形成一個範圍，如果初始預測的位置在該範圍內，系統保持原有預測的位置不改變，即α＝1；當初始預測的位置超出該範圍，系統採用(Length/UnitLength)b作為權重；6)進行控制點預測的約束利用預測權重對初始預測結果進行進一步的邊際化約束，初始預測位置是(Xnext，next)，控制點邊際化約束的結果記做(X′next，Y′next)，Xnext=Xnext+UnitLength**sinYnext=Ynext+UnitLength**cos]]>其中sinβ代表控制點在x方向的分量；cosβ代表控制點在y方向的分量；7)將遠程控制點按照邊際化約束的結果(X′next，Y′next)繪製在用戶的屏幕上；8)擦除前一個預測的控制點，繪製最新預測的控制點，依此類推，直到將抖動過程中所有預測的控制點繪製完成。
全文摘要
本發明公開了一種採用邊際作用的控制點約束方法。本發明依據對象運動的速度、加速度以及控制點拖動距離，動態調整預測結果，根據用戶初始拖動控制點的位置和初始預測位置之間的距離，來調整預測權重。距離越遠，約束越明顯，約束呈現指數性增強。彌補網絡抖動帶來的不良結果，對控制點運動的預測進行有效的約束，提高了控制點運動的預測精度，達到較好的預測效果。
文檔編號H04L1/24GK1874212SQ20061005209
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月23日 優先權日2006年6月23日
發明者陳純, 卜佳俊, 楊建旭, 姜波 申請人:浙江大學