Тестовое задание: обратная кинематика многозвенного манипулятора

Описание

WPF-приложение для интерактивной визуализации и решения задачи обратной кинематики (IK) плоского многозвенного манипулятора. Суставы можно перетаскивать мышью; заякоренные суставы удерживаются сегментным решателем IK.

Возможности

• Перетаскивание сустава левой кнопкой мыши
• Включение/выключение якоря по правой кнопке мыши
• Сегментная обратная кинематика с учётом якорей (проксимальные суставы остаются подвижными)
• Отрисовка в реальном времени через OpenGL (OpenTK GLControl)
• Таблица координат суставов (A, B, C, …)
• Локализация UI через Mugen-ресурсы $i18n.*

Управление

Действие	Результат
Наведение на сустав	Подсветка синим
ЛКМ + перемещение	Перетаскивание сустава (оранжево-красный)
ПКМ по суставу	Якорь вкл/выкл (тёмно-серая заливка)
Якорь на суставе	Этот сустав нельзя тащить; при движении других его позиция удерживается IK

Технологии

• .NET Framework 4.7.2
• WPF + WindowsFormsHost / OpenTK.GLControl
• MugenMvvmToolkit 6.5.0 (MVVM, binding, IoC-модули)
• Autofac 4.4.0
• OpenTK 3.1.0 / OpenTK.GLControl 3.1.0
• MSTest — проект TestInterviewProject.Tests

Структура решения

TestInterviewProject.sln
├── TestInterviewProject/          # WPF-приложение
│   ├── Models/                    # Chain, Joint, Point2D, TargetJointPose
│   ├── Infrastructure/            # IK, якоря, константы, DI-модуль
│   │   └── Impl/                  # KinematicsService, DefaultChainBuilder
│   ├── Localization/              # ILocalizationManager, MugenLocalizationManager
│   ├── Controls/                  # WorkPlane (OpenGL)
│   ├── ViewModels/                # Main, WorkPlane, Report
│   ├── Views/                     # XAML
│   ├── Messages/                  # ChainPositionsChanged
│   └── Properties/                # Resources.resx (строки UI)
└── TestInterviewProject.Tests/    # Юнит-тесты якорей и кинематики

Кинематика

Прямая кинематика

Позиции суставов считаются по звеньям Chain (Length, Coordinate):

• звено 0 — вертикальный подъём от базы и смещение по X;
• остальные звенья — поворот на угол Coordinate.

Обратная кинематика (сегментная)

1. Фиксируются мировые позиции всех якорей.
2. Строится список контрольных точек: якоря ∪ целевой сустав (по возрастанию индекса).
3. Для каждого сегмента «корень → контрольная точка» выполняется градиентный IK (те же веса, что в KinematicsConstants).
4. Для цели drag учитывается досягаемость и запас длины до ближайшего дистального якоря.
5. До двух внешних проходов по сегментам для стабилизации якорей.

Константы: KinematicsConstants (ConvergenceEpsilon, MaxIkIterations, IkOuterPasses, веса градиента и т.д.).

Начальная конфигурация

Шесть звеньев (InitialConfiguration.Chains):

№	Coordinate	Length
1	0.1	0.05
2	0.5	0.3
3	0.0	0.3
4	0.0	0.1
5	0.0	0.1
6	0.0	0.1

Визуальные индикаторы

• Чёрные точки — обычные суставы
• Синяя — сустав под курсором
• Оранжево-красная — перетаскиваемый сустав
• Тёмно-серая — заякоренный сустав
• Чёрные линии — звенья; каретка у базы

Требования

• Windows 7 или новее
• .NET Framework 4.7.2 или новее
• Видеокарта с поддержкой OpenGL

Сборка и запуск

1. Откройте TestInterviewProject.sln в Visual Studio.
2. Восстановите NuGet-пакеты (для тестов — dotnet restore по TestInterviewProject.Tests).
3. Соберите решение (Build Solution).
4. Запустите проект TestInterviewProject.

Запуск тестов:

dotnet test TestInterviewProject.Tests\TestInterviewProject.Tests.csproj

Зависимости (NuGet)

• Autofac 4.4.0
• MugenMvvmToolkit 6.5.0 (+ AutofacContainer, Binding, WPF, WPF.Binding)
• OpenTK 3.1.0, OpenTK.GLControl 3.1.0
• Для тестов: Microsoft.NET.Test.Sdk, MSTest.TestAdapter/TestFramework

Архитектура

Паттерн MVVM (MugenMvvmToolkit) + DI (Autofac через TestAppModule):

• Models — данные кинематики и отрисовки
• Infrastructure — FK/IK, правила якорей, стартовая конфигурация
• ViewModels — состояние UI и команды
• Views / Controls — XAML и OpenGL-плоскость
• Localization — строки через $i18n и Properties.Resources

Лицензия

См. файл LICENSE в корне репозитория.