虛擬環(huán)境中可變形體碰撞檢測算法研究.pdf

1、幾何模型間的碰撞檢測是織物仿真、計算機動畫、機器人、CAD/CAM、虛擬手術(shù)等多領(lǐng)域的關(guān)鍵問題之一?？焖俣鴾?zhǔn)確的碰撞檢測對提高與人交互的虛擬環(huán)境的真實感至關(guān)重要，尤其對于需要力觸覺感知的虛擬環(huán)境。在虛擬環(huán)境仿真中，碰撞檢測往往是系統(tǒng)計算效率的瓶頸。目前對剛體之間的碰撞檢測算法的研究已趨向成熟，但對可變形體碰撞檢測的算法研究較少。對于虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練、織物仿真、計算機動畫等實用的虛擬環(huán)境中的交互對象，可變形體對象比剛體對象更普遍。

2、 本文面向織物模擬應(yīng)用，根據(jù)模擬過程中時間順序的不同，從織物的物理建模、粗略碰撞檢測和精確碰撞檢測三個方面對可變形體碰撞檢測技術(shù)中的關(guān)鍵問題進行了研究。 論文的內(nèi)容主要包括如下幾個方面： 1.比較了現(xiàn)有的可變形體建模方法，采用質(zhì)點-彈簧模型對織物進行建模。然后對質(zhì)點-彈簧模型進行動力學(xué)分析，提出了一種改進的變步長策略的自適應(yīng)龍格-庫塔積分法，在織物仿真系統(tǒng)的精確度和計算效率之間實現(xiàn)有效折中。 2．討論了用于粗略檢

3、測階段的層次包圍盒方法，包括包圍盒種類的選擇，k-DOPs的預(yù)處理和更新，k-DOPs的相交測試。針對可變形體要求層次包圍盒更新速度快的特點，提出了一種綜合應(yīng)用爬山法和近似法時計算速度最快的方法。提出了采用四叉樹的結(jié)構(gòu)來代替以往的二叉樹結(jié)構(gòu)的方法，從而提高包圍盒重疊測試的效率。同時采用了基于曲率的自碰撞檢測方法來確?？椢锏恼鎸嵏小?3．深入分析和討論了基于快捷檢測原理的基本幾何元素碰撞檢測算法：Moller判別算法、Held判別