基于实时碰撞检测的船舶曲面分段人机交互场地布局技术

周 健，王爱民，李周瑜

（北京理工大学 机械与车辆学院数字化制造研究所，北京 100081）

0 引言

在壳、舾、涂一体化作业的现代造船生产模式下，以中间产品为导向的船舶壳体建造已成为船舶建造的重要环节。作为船舶壳体的主要组成，曲面分段轮廓弯曲结构复杂，重量体积庞大，建造工序复杂，生产周期从几星期到几个月不等，一般采用混合型号、批量分段、多块场地和固定工位的手工作业模式。在目前船舶生产企业存在的相对有限建造场地资源与曲面分段中间产品大量需求的情况下，船舶建造中曲面分段建造所需的场地空间资源与整船交货期时间节点相互制约，同时受制于生产管理手段的缺乏，导致船舶曲面分段生产已经成为制约船舶高效生产的瓶颈［1］。

有序、协调、可控和高效的生产管理是提高船舶曲面分段建造水平的关键支撑技术，也是本文以提高船舶曲面分段生产规划效率为目标的切入重点。目前船舶曲面分段生产规划主要有如下两种形式：①依靠手工的经验式管理，如通过挂墙式白板和裁减得到的纸质曲面分段卡片，以手动粘贴的方式模拟分段的场地排布位置和生产作业计划，这种方式的建模效率低下、分段外形粗略简化，布局定位精确度难以得到保证；②依靠企业资源规划（Enterprice Resource Planning，ERP）或日程管理系统实现“黑盒”方式管理［2］，即对曲面分段建造车间进行任务进入与完工输出的宏观管理，但其计划与控制过程缺乏有效的交互性和冲突判断力。随着造船企业“转模”需求的日益迫切以及企业对精益化管理的日益重视，亟待开展以制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）为核心的船舶曲面分段空间布局技术的研究。

在曲面分段生产模型建模研究方面，罗岱［3］通过eM-PLANT 仿真建模工具，建立了从设备层到生产线层最后到车间层自下而上的层次化车间仿真模型，通过模型仿真获取船舶分段建造计划的可视性分析结果；战德臣［4］提出以里程碑计划和分段吊装计划为主体的分层式船舶建造生产计划体系模型，并从时间、任务、产品和资源粒度等角度，对作业方式、作业场地、资源组织和决策层次的生产活动进行协调控制。张光发［5］通过对仿真控制类、生产线类、仿真数据类和用户接口类进行模块定义，构造了仿真系统的评价模型和优化目标，实现了船舶分段建造计划的仿真和优化。以上研究主要针对曲面分段建造业务和资源协调过程建模与仿真展开，缺少模型对空间布局与时间调配的有效支持。

在碰撞检测算法方面，Chin等［6］研究了两个凸多边形的相交和最小距离问题，通过可视边链和凸顶点相对其内部点的单调性，提出了判断凸多边形和一个简单非凸多边形相交问题的最优算法。覃中平［7］研究了平面内两个凸多边形P和Q，若P沿给定方向移动时将与Q碰撞，采用折半搜索技术来确定P与Q相碰撞时两者最初相碰撞的顶点和边。汪嘉业［8］利用单调折线研究了在一个多边形的凸包和另一个多边形不相交的条件下，确定两个多边形是否碰撞，并在碰撞时确定全部碰撞部位的问题。算法的研究主要针对凸多边形的实时碰撞检测展开，缺少针对曲面分段存在的复杂多边形及大批量运算的特点展开的相关研究。

在交互式布局技术研究方面，何良莉［9］针对复杂产品装配与布局提出了综合使用Neowand 和FOB（flock of birds）进行人机交互的方法，将实物模型转化为三维模型，在加入人机输入信息后转化为二维问题，最后生成优化的布局结果，该交互布局的设计思路具有比较普适的参考价值，但该种方法在船舶曲面分段场地空间布局方面的研究与应用还比较少；陈宁［10］提出利用DELMIA 工具的船舶建造计划构建仿真系统方法，通过对场地空间资源和建造时间约束的分析与优化，得出了分段布局的可视化解决方案。以上研究都是从计划结果的层面上对舰船分段的空间布局进行可视化的构建，缺乏对过程中建造计划的调整和控制，尤其是复杂分段模型在有限空间资源约束下的布局调整与逻辑判断问题还缺乏研究。

本文结合国内外研究现状以及企业的实际需求，针对曲面分段多品种、小批量和混合场地生产的业务特点，以实现船舶曲面分段空间布局的精细化、可视化、高效性的管理为目标，提出基于实时碰撞检测的曲面分段人机交互式空间布局技术。该技术以参数注入的空间布局建模为模型生成手段，以动态的实时碰撞检测算法和布局干涉日程冲突的处理机制为核心，实现了人机交互式的曲面分段空间布局与生产计划安排管理，提高了船舶曲面分段生产规划的精益高效的控制能力，促进了现代造船模式下的数字化、快速化执行水平的提升。

1 问题描述

船舶曲面分段人机交互场地布局是实现曲面分段建造空间建造位置安排管理精细化、曲面分段建造过程可控化、曲面分段建造资源利用高效化的有效途径。从相关技术的国内外研究现状来看，目前已经取得了一些进展，尤其MES 架构方面具有丰富的成果。但就曲面分段空间布局方面的研究，还存在明显不足，主要体现在以下几个方面：

（1）基于生产作业表格式数据无法直观提供空间布局展示与控制的有效手段

船舶曲面分段建造车间制定生产计划的方式依然采用作业表格或甘特图的方式，尽管这种计划控制手段对曲面分段的建造日程可以加以控制，避免不必要的冲突和完工日期的拖延，但面向有限场地资源方面无法做到对不同形状的曲面分段在场地中的空间布局做有效的控制和分析，更无法直观地给予空间布局在建造时间变化过程中的动态作业模型展示。

（2）基于白板式的场地—分段监控形式难以有效支持分段任务更换场地和日期的冲突处理要求

与传统的机械加工类车间的制造执行监控偏重于按照工艺流程为主线进行监控不同，曲面分段建造执行过程监控涉及到分段的平面矢量化投影建模，即需要模拟分段在场地上的投影图形以进行平面布局。当前曲面分段建造执行中曲面分段场地布局的方式是以纸质模型代表分段模型、在实物面板上实现的，不仅操作不方便而且精度差，无法适应现代造船模式下的快速响应和精益化制造的需求，解决这一问题的关键是在建立合理的分段建模与建造任务的定义手段的基础上，实现图形化的分段布局与交互界面，同时提供具有友好快捷操作的人工调整手段。

（3）曲面分段空间布局交互水平较低，无法满足快节奏生产任务排布的需求

曲面分段的生产具有时间与空间双重耦合的特点，为人机交互赋予了复杂的技术内涵，主要体现在分段对场地的占用周期各不相同，当对某个分段进行调整时，不仅要避免当天场地布局冲突，还要兼顾该分段在持续占用周期内的其他天数场地布局冲突情况。当任务比较频繁，例如发生插入、延期等情况时，依靠经验式的调整已经难以满足对场地利用情况实时查看及其冲突判断的及时处理需求。

2 曲面分段空间布局交互技术方案

基于实时碰撞检测的曲面分段场地布局技术方案如图1所示，该技术通过对曲面分段产品设计模型、场地空间与功能区域二维描述、曲面分段建造订单的数据解析，以实时高效的碰撞检测为核心，以面向对象的分段、场地模型为关键对象，通过流程控制与协调配合，实现从建造计划启动、定制和调整到执行的全过程空间布局控制，从而达到协调、可控、高效的曲面分段场地建造空间布局规划效果。

3 关键技术

根据技术方案的设计，在布局业务与对象建模、实时碰撞检测与图形变换、交互式布局设计与建造日程规划三个方面展开关键技术研究，并提出如下关键技术。

3.1 参数注入式曲面分段空间布局建模技术

曲面分段空间布局模型是船舶曲面分段在实际建造场地中，以固定的位置和姿态，在一段建造周期内展开一系列作业任务的数字化、图形化、可控化的客观描述，同时也是完成交互式布局排产并指导生产作业的重要载体，因此应满足合理性和高效性的原则：①合理性原则，包括针对实际生产模式建立符合多车间—多场地—多分段的层次化模型；曲面分段的投影图形与实际三维工程图一致，能够为空间布局提供支持；曲面分段布局模型周围应保留一定的有效加工活动空间。②高效性原则，包括应针对曲面分段大批量混场地的生产特点，提供批量处理高效生成的建模手段；在保证分段空间布局控制精度的基础上实现模型间碰撞检测的大数据量快速运算；曲面分段的空间布局与建造日程计划之间在时空上冲突的处理方式应高效。根据上述原则，曲面分段空间布局模型采用参数注入式建模方法。该方法以具有模型元素及其关联关系的层次化原始模型为基础，通过参数接口逐层注入一系列参数和约束的数据，形成具有明确尺寸、位置和时间标度的车间—场地—分段任务的结构化布局模型。具体的原始模型元素构成与关联关系如表1所示，L1、L2、L3级的元素构成了车间—场地—曲面分段的父子关系层级元素定义，L2、L3 通过L4 层的元素提供关联关系的支撑。

表1 原始模型的元素构成与关联关系

各个参数与约束相互独立，并留有对外接口，可分别进行调整设置，从而实现曲面分段空间布局建模的合理性和高效性。

（1）基于点的参数（Point＿x&Point＿y）

主要用于定义二维图形的边界。一对Point＿x和Point＿y组成的坐标用于表示边界多边形的顶点坐标，一般由三对或三对以上组合在一起，用于定义不规则多边形的顶点坐标集合，这类参数用于场地的可用区域、胎架占地图形、过道占地图形、曲面分段投影图形。

（2）基于位置的参数

主要用于定义模型间的相对物理位置。一对Layout＿x&和Layout＿y用于约束分段布局的空间坐标位置，Rot＿Angle用于约束分段的摆放角度，这个参数是分段空间布局的重要控制对象。

（3）基于时间范围的参数（TimeRange）

主要用于定义分段建造时间跨越范围。由进场时间StartTime和离场时间EndTime组成，是分段建造排产的重要控制对象。

（4）基于从属关系的参数（Parent＿Id）

采用外键关联方式，用于定义元素间的从属关系。通过字符串的外键方式指定父级元素，高效处理分段和场地间的关系，是分段在场地间切换调整的主要控制对象。

在相应的参数数据注入至原始模型后，参数数据逐层深入原始模型内部：首先通过车间层控制器将车间参数P1-1、P1-2，P1-3分离，利用P1-1实现车间层模型的实例化，P1-3包含未分配场地的分段任务，随后将P1-2的数据注入场地层控制器，形成若干具有胎架子模型P2-5、过道子模型P2-6、悬吊高度P2-3和可用工作范围P2-4的场地模型，然后抽取P2-7注入曲面分段层控制器中，形成若干从属与对应场地的具有相应投影多边形图形P3-3、建造时间区间P3-4和翻转高度P3-8的曲面分段模型，建模过程如图2所示。

3.2 曲面分段实时碰撞处理技术

基于曲面分段空间布局模型参数化设计，在分段位置安置、位置调整、场地迁移和建造日期变更的过程中，由于场地空间的有限性和分段任务数据量之多，会出现相应的分段间干涉以及分段与场地边界的干涉情况，分别对50，100，150，200，250个曲面分段模型进行人工排布过程测试，得出完成全部布局发生的干涉次数，如图3所示，其出现频率随分段任务数量的增加基本呈几何倍数增长，另外其他因素对布局干涉次数的发生也有一定的影响，影响因素如图4所示。

因此，解决曲面分段空间布局过程中的干涉问题成为布局算法中的研究重点。

（1）曲面分段碰撞的定义

曲面分段碰撞定义如图5所示，分段p1和分段p2分别具有一定尺寸的加工活动范围p′1和p′2，px表示间隙距离为分段模型中的P3-6值，当p1和p2不干涉时，分段间处于a未碰撞状态，当p′1和p′2发生干涉且p1和p2不干涉时，分段间处于b缓冲碰撞状态，b状态的分段布局会影响分段的正常建造执行，当p1和p2发生干涉时，分段间处于碰撞状态c，判定布局不合理。

研究针对解决大量不规则多边形（包括凹多边形）在二维平面上位置变化的过程中对碰撞现象的实时判断和反馈问题，主要解决两方面问题：①保证分段不规则多边形碰撞检测的精度要求；②提高面向大量多边形群体碰撞检测的计算效率。对此提出了基于动态采样率和面向有效区域的曲面分段碰撞检测算法流程，描述面向过程的实时批量碰撞计算流程如图6所示。

（2）基于动态采样率的碰撞检测

采用对检测对象的布局位置进行周期性采样检测的方式解决多边形在移动过程中碰撞检测的问题，采样周期其中：μ为布局精度，为设定的常量；ν为对象瞬时速率，为基于实时捕捉的模型变量。以此在分段未碰撞和缓冲碰撞时采样两种采样率进行碰撞检测，检测频率如表2所示。

表2 碰撞检测的动态采样率表

通过对采样频率和布局精度之间的权衡，实现在满足所需精度要求下计算量的压缩，同时针对a、b状态采用相差1／2的采样率，实现过渡性的碰撞检测计算。

（3）面向有效区域检测的碰撞计算

由于同时处于同一建造场地的分段数量较多，而在实际可能与被测分段发生碰撞的分段只占总数量的一小部分，以高效性为原则的设计方式将有效检测区域加以分离，通过计算进入有效区域的分段与被测分段的碰撞情况，减少计算次数，从而提高运算速率。如图7 所示，设被检测曲面分段多边形Cb0在场地中的相对位置坐标为

被检测对象在瞬间的移动方向

由式（1）求得bA和bB值，进而求得LA和LB直线方程，LA和LB如图7所示，其与Cb0部分轮廓和场地边界组成的闭合区域即为有效区域，在此区域中根据线段相交方程：

逐一判断进入LA和LB两条射线之间的其他分段集合，如图7中的Cb1，Cb2，Cb3，Cb4所示。

遍历Cb0和Cb1，Cb2，Cb3，Cb4之间的碰撞判断，一旦与某一分段发生缓冲碰撞，则发出提示并按照采样频率继续检测，若发生完全碰撞则终止计算，并将布局模型中的P3-9变量值由0置为1，将事件抛出至模型U2层。

（4）算法评测

基于有效区域判断的原理，采用上述计算方式的曲面分段碰撞检测中发生碰撞的次数，会随计算多边形数量的相对比例下降，通过累计测算，得到如表3所示的统计，另外考虑到算法对凹多边形碰撞检测的支持，算法在处理大数据量的复杂多边形实时碰撞的方面实现了高效性和实效性的目标，满足曲面分段布局的业务需求。

表3 碰撞检测算法评测统计

3.3 分段建造布局中的人机交互位姿调整技术

为了充分利用场地或者出于特殊工艺需求，曲面分段在场地中的布局还涉及其位置坐标与姿态方向的确定。人机交互的位姿调整技术同样以分段碰撞检测算法为交互约束，以图形平移与旋转处理算法为交互操作的响应处理方法，实现对分段场地位姿的人机交互位姿调整。技术示意图如图8所示。

（1）分段坐标平移调整技术

分段相对场地的位置采用二维矢量表达，矢量值的原点为场地多边形模型在数据库中排序第一的顶点坐标，指向分段多边形的重心（xΦ，yΦ），分段平移即对二维矢量值的变化控制，坐标平移调整采用的图形变换如式（3）所示。

第一矩阵表示分段矢量模型相对分段重心的坐标集合，第二矩阵中（xΦ，yΦ）为分段模型的重心坐标，（x′1，y′1）为场地多边形第一个坐标点，第三个矩阵中的（xΔ，yΔ）为平移调整变化量，等号右侧矩阵为平移后的多边形顶点坐标矩阵。

分段平移过程中不断根据人机操作输入的变量（xΔ，yΔ）的值计算等号右侧的矩阵，然后将原有的分段图形删去，根据新的矩阵绘制新位置的分段图形，这个过程在不断的重复过程中实现了分段图形的实时变化，同时不断累积产生的（xΔ，yΔ）值来计算分段场地相对位置矢量坐标值这个矢量被作为最终分段场地相对矢量位置保存在数据库中。

（2）消除累计误差的分段角度调整技术

为满足场地资源有限空间的最大利用，对于有些形状特殊的分段，需要将其角度做合适的摆动才可嵌入场地之中，为此人机交互的分段旋转采用拖动模型旋转的交互方式，为保证图形能够根据交互操作呈现相应的旋转变化，需要对分段模型进行重构，即根据拖动产生的位移判断需要的旋转角度，再按照旋转角度量对分段模型进行相对其重心的图形重构，同时结合碰撞检测准则判断分段的干涉情况并触发处理机制。旋转图形重构的具体算法如下。

假设n边形围绕重心点（xΦ，yΦ）旋转angle°，本质上相当于将n边形的每一个顶点的坐标绕着点（xΦ，yΦ）旋转angle°，旋转后组合成新的n边形即为所求。

首先判断（x，y）和（xΦ，yΦ）是否重合，如果重合，（x，y）就为结果，如果不重合，则计算（x，y）和（xΦ，yΦ）间的直线距离：

计算当前（x，x）和（x0，x0）连线与坐标轴之间的夹角：

根据两个角度与0 的关系判断，旋转后（x，y）和（xΦ，yΦ）连线与坐标轴之间的夹角angleα如表4所示。

表4 旋转角度判断准则与结果表

旋转后的点坐标（xα，yα）为：

遍历多边形的n个顶点，进行上述运算，即可求得旋转后的新多边形。为了实现分段图形重构能够实时的刷新变化，不可避免地要至少对每旋转微小的角度（默认为0.1°）进行一次上述反正／余弦，然后进行再正／余弦的运算，如果每次运算都以前一次运算结果（xα，yα）作为参考，则大量的旋转计算会因浮点运算的精度限制而产生误差，绘制的多边形外形会发生畸变，造成分段坐标碰撞判断精度下降。因此采用绝对旋转角度作为旋转角度，不论分段如何被旋转，角度始终从0°作为参考，如图9所示，对比由相对旋转角度和由绝对旋转角度作为参数的计算流程，相对前者，后者可有效控制大量循环三角函数运算带来的累积误差，实时修正多边形外形，保证分段间碰撞检测的精确性。

3.4 人机交互式分段空间布局的实现技术

曲面分段的空间布局指分段在建造场地中的相对位置与姿态，建造日程指分段进入和离开建造场地的时间，两者存在综合空间和时间两个维度的信息关联约束。曲面分段的场地布局体现为多场地分段的协调布局以及某分段在特定场地内沿着时间轴的位置确定。曲面分段在计划阶段以及建造过程中都需要依照现场实际执行情况不断做出空间布局规划与调整，从而涉及在空间布局与建造日程两个维度上的时空关联协调。人机交互的场地空间布局技术以分段建造任务数据为驱动，基于矢量化分段投影建模技术，结合图形变换与碰撞判断算法，实现分段建造空间布局和日程计划的多维度动态图形化展示，以及人机交互式的分段场地相对位置和摆置方向（简称位姿）调整与建造场地／日程的迁移的人机交互。该技术解决了传统的白板式分段任务布局处理模式的粗放和难以兼顾时间与空间双重协调的问题，为曲面分段建造执行过程监控提供了高效便捷的规划执行与管理控制手段，其技术思路如图10所示。

人机交互的模型数据来源于矢量化分段建模的基础数据，以多场地—多分段—多天构成的面板为人机界面，面板界面将用户与底层数据库之间建立连接，完成人机交互的曲面分段空间布局的业务协调配合过程，主要有以下三方面技术特点。

（1）分段建造布局与日程规划动态显示 涉及两种展示方式：一是多场地动态展示，以时间轴为基础，动态刷新分段的坐标位置和角度，多个场地同时呈现在界面中，并按照分段建造的计划任务数据不断生成分段模型图形并将其分布在计划建造的位置；二是单场地多天展示，显示某时间区间内某个场地每一天的分段布局情况，支持快速观察分段建造的整体规划及其变化过程。

（2）分段迁移与布局调整 基于图形变换和碰撞检测算法，通过计算机输入设备或者手持设备对人机交互界面中的曲面分段进行时间和空间的调整，主要包括曲面分段建造日期整体迁移、曲面分段更换场地、分段任务移除和添加、分段布局位置调整和分段布局角度调整五方面的调整。

（3）结构化数据组织 采用以场地的根节点的树形数据结构，每个场地数据包含该场地上所有已经部署的分段任务，分段任务包含分段矢量模型数据、布局位置数据、建造时间数据及所属的场地模型数据，其中布局位置数据包含一个矢量坐标和一个范围在0°～360°的角度。这些结构化的数据从数据库中分散读取出来后结构化的整合为一个xml格式文件发送给交互界面，通过解析文件内容实现模型界面显示，用户操作完后保存数据也会打包成xml文件发送给服务器保存到数据库中。

人机交互的分段位姿调整技术有效地实现了分段在场地不变、建造日期不变情况下的布局调整，但分段任务经常涉及更宏观的建造场地更换与建造日期变迁的调整，因此引入分段任务场地与日期调整技术，该技术从业务角度综合了分段布局碰撞与位姿调整技术的应用，以场地—分段任务层级结构树为数据结构，以分段碰撞检测算法为交互约束，以可控化的场地—分段—时间轴双维度模型为交互界面，实现包含场地间迁移与建造周期的分段综合性布局调整，技术流程如图11所示。

（1）分段场地间更换的处理流程

在数据层面，分段X从场地A迁移到场地B分为两部分：第一部分是分段任务被移出场地A，即场地A节点包含的分段任务X被删除，同时在人为创建的“未归属场地”虚拟节点下暂时创建分段任务X数据；第二部分相反，将“未归属场地”下的分段任务X删除，在场地B节点下创建分段任务X。

在交互层面，首先根据分段碰撞检测算法判断分段是否在场地内存在干涉，如果无干涉则清除场地A中的分段X模型，创建一个临时的过渡分段模型，用于完成从场地A到场地B的迁入与新位置的布局，然后随着过渡分段模型完全进入场地B的范围并完成位姿布局定位，在场地B中按照过渡分段模型的位姿布局创建分段模型X，最后则销毁过渡分段模型，整个过程两次同步刷新分段任务树数据，分别是过渡分段模型创建时与销毁时。

（2）分段建造日期迁移的处理流程

在数据层面上，以建造周期延续前期为依据，分段X从T1～T2变更为T3～T4，则需保证T1-T2=T3-T4，日期精确到天，则只需对T3或T4中的任意一个做迁移，则另外一个可通过等式求得，每次变更时刷新分段任务数据中的时间属性即可，另外分段任务有一属性存储计划建造周期，这一数据在T1-T2 未知的情况下用于代替等式左边的天数值。

在交互层面上，采用一个分段任务对应多个分段模型的方式，分段任务建造周期为几天，场地上的不同日期内就会包含几个分段模型，每个分段模型都有不同的时间值属性对应本身所代表的日期，同时也保存统一的分段任务起止日期，随着时间轴的变化而选择性地显示，调整周期可以对任何一天的分段模型进行调整，调整结果都会反馈给分段任务，然后将若干分段模型的时间值属性重新设定，最后刷新场地模型显示即可。

因为场地迁移一般会同时伴随着日期迁移，所以采用场地模型时间轴独立设计的方法，每个场地模型都有自己独立的时间轴，不同场地可以显示不同的目标日期，从而实现独立处理。然后完成场地更换与日期迁移的同步执行，尽管操作同步，但其业务处理基于两个并行流程，互不干涉，只是对布局干涉的判断做合并处理：以双循环嵌套方式遍历分段在新建造日期范围内的每一天中与新场地中其他分段的干涉情况，将发生干涉的分段数据集合以列表的形式给予提示，以便后续的分段位姿微调来排除干涉。

5 技术实现与验证

以上海某造船厂曲面分段生产为背景，基于上述关键技术，采用.Net平台下的ASP.Net AJAX框架和Silverlight富客户端开发技术，开发了“曲面分段建造执行系统（CBCES）”，通过实际测试与使用，验证了本文上述所提各项技术的有效性。下面按照业务应用顺序，对主要系统界面及操作进行说明。

（1）曲面分段空间布局建模

通过对xml格式的结构化数据模板文件的编辑，录入车间、场地、分段的模型数据，导入系统完成参数化建模。如图12所示。

（2）场地空间布局看板

多场地分段空间布局调整看板如图13所示，看板左侧为场地—分段任务树，右侧为人机交互的场地面板，选中下方场地A，则弹出场地控制台，在控制台中拖动时间轴滑块，将场地日期调整至某一天T，选中上方场地B的分段z拖动移除该场地，随后立刻拖入场地A中，这样便同时完成了一次场地更换（从B迁移至A）与日期迁移（从原建造日期迁移至以T为开工时间的建造日期）的操作。此时左侧分段任务树中的分段z图标也会从B节点下移至A节点下。

分段任务多天布局调整看板如图14所示，该看板用于展示某个场地在连续一段时间区间内每一天的分段空间布局，并提供分段布局位置的调整和建造日期的迁移。双击点开某一天的场地模型，在弹出子窗口中拖动分段，如果发生干涉，则分段会变成红色边框（如图14的鼠标箭头所在的半透明分段）提示用户，另外可以点击分段的按钮执行移除、微调、旋转／拖动切换操作。

（3）算法与布局效果验证

根据船厂提供的160个分段三维模型，通过参数化自动建模，全部处理为二维平面投影多边形模型，将全部曲面分段布局在两块场地的两个月建造时间内，布局用时和场地利用率如表5所示。

表5 算法与布局效果验证的实例数据

最终实现场地利用率达到80.15%，大于目前普遍的曲面分段布局的60%场地利用率的水平；另外，平均每个曲面分段所需的布局时间也达到21.75s，实现了高效快速的布局过程管理。

6 结束语

本文建立了曲面分段空间布局交互技术方案，该方案综合了输入数据的结构化解析，在场地和分段显示模型的基础上，以碰撞检测与处理算法为核心，支持了人机交互位姿以及综合更换场地、更换日程等调整。进行了参数注入式曲面分段布局调整问题的建模，在基于交互调整过程中的实时移动碰撞检测方面，提出了基于采样率的实施干涉检查算法，形成了基于重心法的平移与旋转处理机制，实现了对场地布局和日程计划的综合调整支持。结合实际需求进行了系统开发，并结合案例进行了验证演示。

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