針對虛擬裝配的碰撞檢測技術(shù)研究.pdf

1、近二十年間，隨著計算機相關(guān)技術(shù)尤其是圖形學技術(shù)的發(fā)展，計算機圖形學產(chǎn)生了巨大的變革，三維圖形學在各領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛。與此同時計算機圖形硬件也遵從著摩爾定律飛速發(fā)展，這讓我們可以用廉價的設(shè)備實現(xiàn)過去不敢想象的功能，圖形學應(yīng)用中的實時顯示和真實感繪制得以為大眾所接受，并且成為了人們關(guān)注的焦點。
　　圖形學中碰撞檢測應(yīng)用廣泛，包括三維仿真、虛擬裝配和三維游戲等。碰撞檢測從時域上可劃分為離散碰撞檢測和連續(xù)碰撞檢測。在虛擬交互中不管是離

2、散碰撞檢測還是連續(xù)碰撞檢測，由于虛擬屏幕上顯示的模型全部都是不精確的模型，而工業(yè)應(yīng)用的三維模型都是邊界表示的實體模型，在構(gòu)造結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)的區(qū)別，因此顯示的模型與精確表述的模型之間都存在偏差。在需要極高精度的制造業(yè)，通過虛擬交互來仿真制造過程均是不準確的表示。
　　與圖形學中的碰撞檢測不同的是，工業(yè)級別的邊界表示模型間干涉檢查要進行實體求交和布爾運算。圖形學中的碰撞檢測還有學者去改進性能，由于實體模型涉及實體求交和布爾運算，計算量非

3、常大，因此幾乎所有的CAM軟件對于實體模型的干涉檢查都是靜態(tài)的。
　　本文開發(fā)了一個實時碰撞檢測系統(tǒng)，使得虛擬裝配中的模型在精度和速度上達到了一個均衡。本文主要做了以下工作：
　　1.本文對常見的層次包圍體碰撞檢測算法進行了全面的分析、比較。目前離散碰撞檢測算法的“穿透效應(yīng)”，而連續(xù)碰撞檢測的好處是能夠解決這個“穿透效應(yīng)”，但速度稍微有些慢。通過對比，找出了一個適用于網(wǎng)格模型的碰撞檢測算法 C2A，該算法可以解決所有的三角網(wǎng)

4、格模型之間的碰撞檢測，并且不需要假定模型具有某種拓撲結(jié)構(gòu)。
　　2.針對實體模型間干涉計算的速度問題，我們把精確表述的實體模型轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格模型，同時使網(wǎng)格模型與后臺的實體模型在時間，位置上保持一致。由于網(wǎng)格模型的碰撞檢測空間區(qū)域要比實體模型的干涉檢查區(qū)域要大，因此在對不精確的網(wǎng)格模型操作時，若網(wǎng)格模型沒有碰撞，則實體模型間肯定未發(fā)生碰撞，這時一直關(guān)閉實體模型的干涉檢查功能；若網(wǎng)格模型發(fā)生了碰撞，這時就會開啟實體模型的干涉檢查，計算出

5、的干涉量也是準確的。通過網(wǎng)格模型與實體模型的映射關(guān)系，按需開啟和關(guān)閉干涉檢查，提高了速度，達到了實時性要求。
　　3.通過以上兩種方法本文搭建了一個虛擬交互系統(tǒng)，開發(fā)了自己的碰撞檢測方法，即基于開源工程OpenSceneGraph的實時動態(tài)碰撞檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)可以通過后臺直接讀取CATIAV5數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)部對其離散網(wǎng)格化，建立實體與網(wǎng)格一一對應(yīng)關(guān)系，對碰撞檢測和干涉檢查進行結(jié)合，使得初檢時使用網(wǎng)格模型的碰撞檢測算法，若碰撞再進行