碰撞检测在虚拟心脏介入手术中的应用

虚拟手术系统是虚拟现实技术在现代医学的重要应用。碰撞检测是虚拟手术系统的基础问题。基于心脏介入手术中碰撞的特点,提出了结合空间分解和包围盒层次的混合碰撞检测算法。它能够满足虚拟心脏介入手术系统中对碰撞检测的实时性要求。该算法对被检测对象形变引起的更新不敏感,具有天然的解决可变形对象间碰撞检测的能力。     

虚拟景区中层次碰撞检测方法的研究

针对虚拟景区场景大、对象多的特点,提出了一种层次碰撞检测方法。首先运用空间剖分法过滤掉远处不可能碰撞的对象,然后再通过构建碰撞检测空间,剔除掉待测运动对象附近暂时不可能碰撞的对象,最后再运用S-AABB层次包围盒法根据每个对象的具体精度要求进行精确碰撞检测。该碰撞检测方法在满足实际精度要求的前提下,降低了碰撞检测次数和复杂度,提高了实时性,是一种针对虚拟场景高效快速的碰撞检测方法。     

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.     

基于移动最小二乘法的无网格肝脏形变研究

在手术虚拟仿真对软组织形变研究中,采用传统的网格形变方法,由于出现网格畸变、网格重构会影响形变效果的问题.针对手术虚拟仿真要求尽可能逼真地模拟形变以达到良好的真实感,提出了一种基于移动最小二乘法的无网格方法对以肝脏为对象的软组织进行形变研究,考虑肝脏软组织生物力学特性,采用Voigt模型对肝脏软组织进行物理建模.同时,针对无网格肝脏模型的碰撞检测,提出AABB包围盒与八叉树空间分割相结合的碰撞检测算法,在肝脏模型体节点的合理布局基础上可以对碰撞进行有效准确的检测.实验结果表明,无网络方法实现简单且具有较好的形变真实感,对虚拟手术中软组织形变研究具有重要的指导意义.     

基于改进碰撞检测算法的肝门静脉结扎仿真

为了对虚拟肝脏手术中肝门静脉的结扎进行仿真,提出了一种改进的碰撞检测算法。改进的碰撞检测算法主要包括三个方面:缝合线的自碰撞检测、缝合线的运动分解,以及缝合线与肝门静脉模型的碰撞检测。缝合线的模拟采用跟踪控制点FTL算法,采用包围球法对缝合线进行自碰撞检测;提出运动分解方法来防止缝合线发生自穿透;将包围球法和空间网格划分法相结合,实现缝合线和肝门静脉之间的碰撞检测;同时,肝门静脉的形变采用设置刚体核的几何模型来模拟,使用虚拟弹簧振子来实现结扎时的触觉反馈。将改进的碰撞检测算法运用到虚拟肝脏手术中,满足虚拟场景中真实感和实时性的要求。     

基于改进轴向包围盒的碰撞检测算法

研究机场应急救援是民航领域的问题.为防止机场地面车辆拥堵,要求在虚拟场景下的应急演练可全方位测试系统.为增强虚拟演练场景中碰撞检测的真实性与精确性,提出了一种基于特征三角形的碰撞检测算法.在基于三角形的模型中,通过在三角形中添加特征元素(点、边、面)形成特征三角形,利用特征三角形可以有效解决重复查询;通过轴向包围盒结合特征三角形,更好地完成碰撞检测,最后进行精确求交计算,为碰撞响应提供更多的碰撞信息.实验结果表明,算法可以缩短计算时间,提高检测精度,具有实际指导价值.     

虚拟手术中基于可变方向凸包的碰撞检测算法

为了实现机器人辅助虚拟手术中快速精确的碰撞检测,提出了基于可变方向凸包的层次包围盒碰撞检测算法。在虚拟场景中,手术器械末端运动复杂多变且软体组织持续形变,分析器械和软组织的作用形式,根据器械运动学参数,预测软组织的变形,将其与固定方向凸包检测方法相结合,通过改变方向向量集合,提高包围盒树的紧密性,进而减少相交测试的次数,加速碰撞检测。仿真实验证明了可变方向凸包的碰撞检测算法可以实现精确的碰撞检测;与固定方向凸包算法相比在快速碰撞检测方面具有优越性,当软组织包含的面片数目越多时,快速性优势越显著。     

虚拟漫游中的碰撞检测问题的解决方法

碰撞检测是虚拟漫游中的关键技术。在进行虚拟漫游时，为了避免观察者飞人地下或穿墙而过等不真实情况的发生，就需要进行碰撞检测。解决虚拟漫游中碰撞检测问题的一种方法是：将场景中运动的观察者转化为一个视点，场景中的物体表面剖分成三角形，运动的观察者与静态的虚拟场景之间的碰撞检测问题，就转化为点与三角形之问的碰撞检测问题；此方法的优化方法是对场景中的三角形进行过滤，以减少不必要的计算。文中给出了此方法的具体算法及其优化方法。     

基于Open Inventor的虚拟驾驶仿真系统

基于虚拟现实技术,以3ds MAX为建模软件,Open Inventor为开发平台,通过面向对象的编程方法设计了虚拟驾驶仿真系统,介绍了三维模型的导入、层次细节技术、碰撞检测、运动相机的控制与渲染等关键技术.通过实验表明,本系统真实地模拟了汽车在驾驶过程中起步、换挡、加减速、转向、制动等行驶工况,并实时地通过碰撞检测算法来判断虚拟车辆模型与虚拟场景之间的碰撞.     

复杂场景中快速碰撞检测算法及GPU加速

为了保证在大规模复杂场景中,碰撞检测的实时性和精确性,提出了一种基于图形空间与改进的图像空间相结合,并利用GPU加速的快速碰撞检测方法.利用AABB包围盒的检测策略,快速剔除不相交物体,确定潜在碰撞对象.改进传统的基于图像空间的碰撞检测算法,设计了基于向指定平面投影、模板测试和深度测试的碰撞检测算法.在此基础上,利用GPU的并行计算能力加速整个检测过程,有效地减少了碰撞检测时间.通过在虚拟驾驶系统当中的应用,验证了该方法在大规模复杂场景中碰撞检测的实时性和精确性.     

基于空间剖分的碰撞检测算法研究

针对虚拟环境中物体碰撞检测效率不高的问题,提出了一种基于空间剖分的碰撞检测算法。利用物体空间分布特性以及运动物体碰撞行为的局部性,先用空域分割中定性-定量结合的方法快速确定可能碰撞的物体对,再用混合层次包围盒进行精确测试,明显地提高了碰撞检测速度。实验分析表明,该算法不仅可实现复杂场景下多个物体同时发生碰撞的检测,也能保证算法在物体高速运动时的有效性。     

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.     

一种利用Delaunay 三角剖分的碰撞检测算法

虚拟现实中物体对象分布及运动情况呈现复杂多样,碰撞检测算法很难达到实时 性和准确性的要求。提出了一种基于Delaunay 三角剖分的多物体碰撞检测实时算法。该算法运 用包围体紧密拟合物体对象,以包围体的中心构建离散数据点集,生成Delaunay 三角网格,实 施碰撞检测,避免层次包围盒和空间划分的不利因素,物体的更新等操作限定在局部的三角形 内。实验表明在多物体的碰撞检测中,即使存在若干移动物体,算法能够满足实时性和准确性 的要求。     

Volumetric virtual environments

Driven by fast development of both virtual reality and volume visualization,we discuss some critical techniques towards building a volumetric VR system,specifically the modeling,rendering,and manipulations of a volumetric scene.Techniques such as voxel-based object simplification,accelerated volume rendering,fast stereo volume rendering,and volumetric “collision detection“ are introduced and improved,with the idea of demonstrating the possibilities and potential benefits of incorporating volumetric models into VR systems.     

应急仿真中的碰撞检测算法研究

以应急仿真场景为背景,针对其中大量物体碰撞检测过程的需求,提出了层次包围盒与空间划分方法结合的实时碰撞检测算法,可以在完全不降低碰撞检测精度的同时,大大改进了仿真环境碰撞检测的效率,减轻了计算负担,提高了系统的实时性。     

3D游戏开发中的碰撞检测算法研究

碰撞检测在三维游戏开发中是必不可少的环节。目前,主流游戏引擎大多采用基于层次包围体的碰撞检测算法,其基本思想是用一个相对简单的包围体逼近场景中复杂的物体。文中对当前三维游戏开发中常用的四种基于包围体的算法作了理论分析,并通过试验对四种不同的包围体算法作了性能测试。试验结果表明,紧密性越好的包围体其精度越高,但时间消耗也高。因此,在具体的游戏开发中,应根据实际游戏的特殊情况进行算法选用,才能取得较好的效果。     

基于拉班空间的跌倒方位检测方法

研究跌倒检测方法对于保障老年人健康生活具有重要意义.首先通过惯性传感器对老年人日常行为及跌倒动作进行捕捉,使用欧拉角法表示动作数据,引入滑动平均滤波算法对数据降噪融合;在此基础上,基于拉班舞谱空间表示方法,建立跌倒及方位检测模型,基于该模型进行异常姿态检测及八种精确方位判定,最终提出一种基于拉班空间的跌倒方位检测方法.实验结果表明,该方法的检测准确率可达100%,同时能够对老年人跌倒后受伤部位进行预诊断及报警.     

运动目标检测中的光流扰动效应

在一些运动目标检测过程中,需要自动判断是否检测到运动目标,虽然在场景中没有出现运动目标,检测结果却错误的判断为检测到了运动目标.为了找到这个错误的根源,通过实验,发现了光流扰动效应,并且设计了光流扰动效应检测算法,清晰地检测出了光流扰动效果.接下来,通过图像二值化方式,消除了光流扰动效应,避免了运动目标误判现象,得到了理想的运动目标检测结果.研究证明在空间中存在光流扰动效应,该效应会对运动目标检测造成干扰,消除光流扰动效应,可提高了运动目标检测与判断的准确度和可靠度.     

基于时空相关性碰撞检测算法

在基于层次包围盒碰撞检测算法中,参与相交测试的包围盒的数目会直接影响到碰撞检测的速度.针对这一特点,利用虚拟环境中对象运动的时空相关性对包围盒树进行优化,通过跟踪上一时间点对包围盒树的遍历过程,确定当前时间点的遍历路径,从而有效地减少遍历过程中包围盒相交的次数.实验结果证明,算法能够有效地减少参与测试的包围盒数目,大大提高了碰撞检测的速度.