前言

SiPESC.MOTION是基于SiPESC平台开发的运动学仿真动画的可视化工具系统，不仅支持时间线轴添加关键帧制作可视化动画，还可通过其开发的API，进行二次开发，以满足更为复杂的可视化操作。本文以机械臂基本运动为例，简要介绍SiPESC.MOTION脚本二次开发功能。

SiPESC.MOTION的操作变换

SiPESC.MOTION中，模型内部运行机理使用QOpenGL提供的QMatrix4x4四阶矩阵来描述三维空间中的位姿状态。QMatrix4x4 是Qt 中用于表示三维空间中齐次变换矩阵的类，它是一个四乘四的方阵，提供了多种运动变换操作的方法，比如映射（map）、透视（perspective）、旋转（rotate）、平移（translate），这些方法都会改变QMatrix4x4 对象本身的值，相当于左乘一个对应的变换矩阵。QMatrix4x4 还封装了一些常用的连续变换函数，如旋转（rotate）、平移（translate）、缩放（scale）等。它们的作用机理同上述所讲的矩阵左乘规则类似，遵循后调用先作用的原则。

与添加关键帧动画类似，使用QMatrix4x4 中的rotate 旋转函数时，在SiPESC 平台中的模型也是绕着全局坐标系原点进行旋转。以具体的模型为例，要想实现模型的定轴转动，需要构造出可以使模型定轴转动的旋转矩阵M。如图1 所示，把三维模型简化为二维矩形，实现绕Center 点进行旋转的操作。为实现上述定轴转动则需要三个矩阵相乘：首先，先把矩形模型移动到坐标系原点，调用translate 函数，移动的距离，构成的矩阵设为；然后，再进行旋转操作，调用rotate 函数，设绕垂直于纸面向上为旋转轴，旋转角度为，构成的矩阵设为R；最后再进行平移操作，把旋转完成之后的模型移动回原始位置，调用translate 函数，移动 的距离，构成的矩阵设为，通过以上三个步骤的操作，生成的三个矩阵叠乘，最终的 M 矩阵：，就可以实现绕 Center 点旋转角度的操作。

使用QMatrix4x4调用函数时，遵循后调用先作用的原则，即先调用translate，参数为center；再调用rotate；最后再调用translate，参数为-center。具体代码示例如图2所示。通过脚本编程，就实现了通过调用QMatrix4x4类，达到模型任意变换的目的，极大的增加了脚本导入的可视化制作的灵活性。

Python脚本开发流程

在QMatrix4x4四阶矩阵来描述三维空间中的位姿变化操作的基础上，介绍基于脚本的可视化建模流程。

使用Python脚本构建一个动画对象，主要使用QTimer类，进行以时间为基准的动画制作。QTimer类提供了一个可以重复触发又可以单次触发的定时器。使用QTimer类，只需要创建一个QTimer对象，将它的timeout()信号槽函数连接到适当的运动函数上，再调用start()函数开启计时器。timeout函数需要设置适当的函数轮循时间，通过调用setInterval()函数设置，这样QTimer对象就会按设定好的时间周期循环发出timeout信号，而timeout信号槽函数又与模型的运动函数相连，这样就能实现场景中的模型按照指定的规则一帧一帧的运动，形成一个完整的动画结构。

打开QTimer计时器之后，timeout函数按照之前设置好轮循时间触发一次onAnimationTimeout函数，onAnimationTimeout函数里面关联对应着场景中模型各自的update函数，则各个模型按照update中规定好的QMatrix4x4运动算法，遵从onAnimationTimeout函数中的运动规则，在SiPESC平台中逐帧运动，形成展示的动画形式。

导入工厂车间实验台模型，使用实验台中的机械臂为运动变换对象，进行机械臂的可视化演示，最终动画如图3所示，验证了脚本二次开发可视化技术的可行性。

小结

本文以机械臂基本运动为例，简要介绍了SiPESC.MOTION脚本二次开发功能。通过SiPESC.MOTION开放的API接口及Python封装，利用脚本进行二次开发，实现更加灵活的动画制作，以适应更加复杂的模型结构。