复杂场景中基于拓扑空间网格的碰撞检测算法

为了提高复杂场景的碰撞检测效率,提出一种基于拓扑空间网格的碰撞检测算法. 由于场景中存在众多形状复杂、尺寸不一且运动状态不同的物体,首先采取场景预处理对空间进行均匀八叉树网格划分,建立物体方向包围盒层次树与空间网格拓扑结构,利用静态大尺寸物体分割策略提升定位精确性,然后在实时检测中利用拓扑空间网格及投影相交测试排除大量不相交物体对,利用层次包围盒算法对潜在碰撞对进行精确检测并计算出碰撞点. 实验结果表明,本算法有效地提高了实时检测的效率,适用于复杂虚拟场景中的碰撞检测.     

基于八叉树精确划分型值点的碰撞检测算法

针对虚拟现实中碰撞检测的快速计算问题,提出一种新的粗略碰撞检测与精确碰撞检测相结合的检测算法。首先利用AABB包围盒法排除不可能相交的物体,然后对可能发生碰撞的包围盒采用八叉树算法进行空间分割,在包围盒内找到由型值点形成的三角形面片,利用三角形面片的碰撞检测算法精确地判断物体是否碰撞。通过与OBB包围盒算法的碰撞检测数据对比,验证了该方法的有效性。     

融合包围盒智能算法的虚拟场景碰撞检测研究

在虚拟仿真过程中,准确高效的完成模型空间碰撞检测是一项技术难点.针对不断复杂化的虚拟场景,提出了一种融合包围盒智能算法.考虑到虚拟场景的变换特性,使包围盒对场景内模型具有良好的适应性,利用模型在xyz坐标平面的投影倾角和紧密度来确定使用AABB或者OBB.AABB包围盒在矢量方向存在厚度,为避免三角面片计算时对效率产生影响,设计了一种无厚度优化AABB包围盒,用以快速排除非相交模型.OBB包围盒具有更好的方向优势,但是OBB包围盒容易产生方向倾斜,于是对OBB包围盒的分布问题进行优化.为防止存在结构差异的AABB与OBB结合后拉低遍历速度,设计了双层二叉树结构来降低遍历深度.碰撞检测过程可转换为包围盒内部模型采样特征点的寻优,于是引入粒子群算法进行迭代.通过仿真,得到算法的帧计算时间为0.025ms,帧更新占比为2.481％,每帧树节点为317,碰撞检测的平均时间为15.69ms.结果 表明算法显著压缩了空间和时间消耗,有效提高了虚拟场景碰撞检测的效率,同时具有良好的检测准确性.     

OBB层次包围盒构造方法的改进

层次包围盒是碰撞检测的重要技术,可以提高碰撞检测精度并减少碰撞检测复杂度。首先介绍了OBB包围盒的计算方法、相交测试原理,以及OBB层次包围盒构造的一般过程。结合物体模型的层次结构,提出了基于模型层次结构的OBB层次包围盒的构造方法。实验结果证明改进后的方法加快了模块之间可以发生变化时其对应的OBB树的更新速度,使OBB方法适合由刚体模块构成的模型变形的情况。     

基于混合包围盒的碰撞检测算法

提出了一种基于k-dops包围盒与包围球相结合的碰撞检测算法。预处理阶段为几何对象构造包围盒二叉树,其中节点的内层构造k-dops包围盒,节点的外层构造包围球。碰撞检测阶段,首先利用包围球快速排除不可能发生相交的物体,然后利用k-dops包围盒进一步精确地判断物体对是否发生相交。通过与QuickCD算法的性能进行比较,证明了这种混合包围盒能够有效地提高复杂结构几何体之间碰撞检测的效率。     

基于Sphere和OBB混合的碰撞检测算法

层次包围盒是碰撞检测中常用的方法。实现了一种混合使用Sphere和OBB两种包围盒的碰撞检测算法,这种算法在包围盒树的上层使用Sphere,下层使用OBB,吸取了Sphere构造简单,相交测试简单以及OBB紧密性好的优点,可以快速排除没有发生碰撞的对象,在对象发生旋转之后仅需要对下层OBB部分进行相应旋转。通过灵活选择不同层次的数量,可以适用于不同的虚拟场景。通过模拟两辆汽车碰撞的实验,证明了算法在检测速度上优于仅适用OBB的RAPID算法。     

导弹飞行视景仿真中的碰撞检测算法

针对导弹飞行视景仿真中碰撞检测实时性与精确性的不足,提出了一种优化的混合包围盒碰撞检测算法.该算法在包围盒树的上层使用Sphere,下层使用OBB;将该算法在导弹飞行视景仿真系统中实现后,分别与相交矢量碰撞检测算法、OBB包围盒算法进行对比试验和分析.结果表明,这种混合包围盒算法能够有效地提高导弹飞行视景仿真中碰撞检测的实时性与精确性.     

基于层次包围盒的混合碰撞检测算法

针对碰撞检测算法实时性较差的缺点,本文提出基于AABB包围盒与OBB包围盒相结合的混合碰撞检测算法,首先由对象投影来判断是否相交,检测出不可能相交对象;然后对可能相交的对象投影反向构建AABB包围盒,快速地测试对象;再用OBB包围盒进行精确地检测,以实现虚拟环境对象间高效的碰撞检测。本文还针对传统的基元相交测试效率不高的缺点进行了一定的改进。实验结果表明,与另外两种算法对比,该方法在相同环境前提下能够有效的提高碰撞检测的效率。     

基于Kinect和Unity的虚拟手抓取碰撞检测算法

针对目前虚拟现实中碰撞检测算法效率低精度差的问题,提出了一种改进的层次方向包围盒(OBB)算法;首先通过位置关系判断虚拟手是否在物体包围球的邻近区域,然后用OBB和八叉树算法进行详细的碰撞检测,最后利用离散点到虚拟手简化面的矢量计算法实现精确的碰撞检测;实验结果表明,随着三维物体基元数目的增多,这种由粗略到精确递进的检测方式极大地提高了碰撞检测的效率和精度,具有可行性;该算法适用于任何复杂场景中刚体结构模型的碰撞检测,在运行时候不存在滞后情况,显示流畅,而且碰撞检测精度高,完全能够满足虚拟环境实时性和精确性的要求.     

基于时空相关性的快速碰撞检测算法

针对如何提高碰撞检测算法实时性的问题,提出一种空间分解与层次包围盒相结合的碰撞检测算法,并利用物体运动的时空相关性来加速物体之间的碰撞检测速度。首先用空间分割的方法确定相邻物体,然后用基于时空相关性的层次包围盒方法检测物体之间的碰撞情况,在包围盒碰撞检测时采用加入预判的OBB相交测试方法,减少了包围盒的相交测试计算。实验结果表明,该算法能够实现多个物体同时发生碰撞的检测,并且提高碰撞检测的实时性。     

基于场景图的实时交互视景系统平台设计

三维场景组织管理中经常采用的空间数据结构--场景图的具体实现,包括场景数据的组织管理,可见性剔除、节点遍历、优化处理、碰撞检测等.在基于场景图的基础上设计并实现了一个实时交互式视景系统开发平台,给出了系统的结构框图、工作流程与信息交互关系,并对视景系统平台的视点控制、场景参数的应用定义文件输出以及场景图像捕捉和视频输出功能进行了详细介绍.平台同时提供了一套基于场景图的可供二次开发的三维图形应用程序接口.     

虚拟维修中表面间碰撞检测问题研究

基于几何约束的虚拟样机中,表面间的碰撞检测是实现维修操作的必要条件.目前有一些公用的碰撞检测工具包,但这些碰撞检测工具包一般支持多面片模型,并没有利用CAD模型中的表面信息,无法确定发生碰撞的表面.该文针对虚拟维修操作的特点,提出了一种新的场景图数据结构.在该场景图下采用表面-三角面片映射和表面-对象映射,在通用的碰撞检测工具包的基础上实现表面间的碰撞检测.最后,描述了约束管理系统的结构,利用该系统可对碰撞检测系统中发生碰撞的表面进行约束识别和求解,从而有效地支持虚拟维修中的装配和拆卸操作.     

基于混合空间剖分八叉树场景管理技术的研究

基于传统八叉树和面向对象八叉树的设计思想提出了一种混合空间剖分八叉树的场景管理方法,对混合空间剖分八叉树的数据结构、生成算法及遍历方面进行了详细的论述,最后按照该思路结合所设计的一个虚拟场景有效地实现了场景管理,实验表明该方法很适于实时游戏及虚拟现实领域。     

基于八叉树邻域分析的光线跟踪加速算法

八叉树是加速光线跟踪常用的层次划分结构,为加快八叉树跟踪光线的过程,论文 研究了运用八叉树邻域分析提高光线与八叉树节点之间的碰撞检测速度的方法,提出了一种结构 简单、计算效率更高的八叉树节点的邻域分析算法。运用该算法可由现碰撞节点快速计算出下一 碰撞节点,避免了采用大量递归搜索计算,从而提高了图像的渲染速度。实验结果表明,使用论 文提出的邻域分析进行碰撞检测,效率比传统算法提高了3 倍以上,大大提高了光线跟踪的速度。     

基于OpenGL几何变换的虚拟漫游视点控制及应用

灵活自然的视点控制和精确实时的碰撞检测可以大幅提高虚拟漫游系统的真实感.探讨并计算漫游交互基本控制动作中视点位置变化,基于OpenGL中的三维几何变换实现漫游时视点控制,创建八叉树进行碰撞检测,最后在基于粒子系统的土壤可视化漫游中予以应用.漫游效果逼真、实时性强,表明所采用的方法具有一定的科研及应用价值.     

游戏引擎八叉树预处理算法设计

八叉树是提高大规模场景实时渲染速度的有效方法之一,但传统方法都是在每次处理时递归生成八叉树信息,使得进入场景速度慢,等待时间长。经过分析和验证,采用预处理方法,使用文件记录八叉树信息,并在渲染时从文件读取,可大大缩短进入场景的时间。此项设计也是游戏引擎中的一个功能模块。     

虚拟现实在变电站仿真中的应用

虚拟环境就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的三维环境,是对现场环境的最真实仿真.该系统基于OSG1.0开发库,利用3DMax建模工具构建模型场景,VC 和OSG编程来实现场景的显示、场景的漫游、碰撞检测和设备的状态变化,构筑一个三维、动态、实时、可交互的数据平台, 展现包含各种数据的动态的实体效果.用户可以自然地和虚拟环境中的客体进行交互,相互影响,从而产生亲临现场的感受和体验.最终该系统满足了变电站仿真培训的要求.     

树型结构预处理算法及在游戏引擎中的实现

经过分析和验证，以八叉树碰撞节点生成为例，采用文件一次性记录划分结果，并在渲染时从文件读取，有效的缩短了生成八叉树的时间。此项设计也是游戏引擎中的一个功能模块。     

Out-of-core real-time haptic interaction on very large models

In this paper we address the problem of fast inclusion tests and distance calculation in very large models, an important issue in the context of environments involving haptic interaction or collision detection. Unfortunately, existing haptic rendering or collision detection toolkits cannot handle polygonal models obtained from 3D digitized point clouds unless the models are simplified up to a few thousand polygons, which leads to an important lack of detail for the scanned pieces. We propose a data structure that is able to manage very large polygonal models (over 25M polygons), and we explain how this can be used in order to compute the inclusion of a point into the solid surface very efficiently, performing several thousand point-in-solid tests per second. Our method uses a data structure called EBP-Octree (Extended Bounding-Planes Octree), which is a very tight hierarchy of convex bounding volumes. Based on a spatial decomposition of the model using an octree, at each node it defines a bounding volume using a subset of the planes of the portion of the polygonal model contained at that node. We use the EBP-Octree in a haptic interaction environment, where distance tests and the orientation of collided triangles must be accurate and fast. We also demonstrate that the proposed algorithm largely meets the interactive query rate demanded by a haptic interaction (1 kHz), despite being executed in a single CPU thread on a commonly available computer.     

基于OpenGVS的城区漫游系统的开发

应用OpenGVS开发了一个交互式城区漫游系统。重点介绍了利用三维观察进行实时场景编辑,通过特定线段的测量进行场景中物体之间的碰撞检测,借助于回调函数进行自定义自然现象的模拟,以及构造汽车或其他运动对象运动方程的数学模型等关键技术。