基于图像空间的快速碰撞检测算法

为了满足日益复杂的虚拟环境中碰撞检测的高实时性要求,提出一种基于图像空间的快速碰撞检测算法,有效利用了图形处理器(GPU)的加速功能。该算法以基于物体空间的凸块层次二叉树技术及方向包围盒(OBB)之间的碰撞检测为前提,可快速排除场景中明显不相交的凸块;然后通过生成的凸块潜在碰撞检测集,在RECODE算法的基础上,得到一种运行效率更高的碰撞检测算法。实验结果表明,在同等复杂的虚拟环境中,尤其是复杂度较高的虚拟环境中,该算法具有更高的碰撞检测实时性,取得了良好的效果。     

基于混合包围体的OpenMP并行化碰撞检测算法

针对交互式系统中碰撞检测实时性、精确性的要求,提出了一种共享存储系统的并行碰撞检测算法.利用AABB包围盒较好的紧密性和包围球计算简单的优点来构建物体的混合包围体层次(S-AABB),快速排除不相交的物体以加速算法,利用OpenMP并行模型来并行遍历混合包围体层次,进一步加速碰撞检测算法.实验结果表明,与现有经典的I-COLLIDE等算法相比,该算法在效率、精确性方面具有明显优势,能够满足交互式复杂虚拟环境的实时性和精确性的要求.同时,还与已经提出的MPI及Pipelining等并行算法进行比较,从时间效率和资源消耗两个方面说明本文基于OpenMP算法的优点.     

虚拟环境中的混合层次包围盒算法研究

针对采用单一层次包围盒进行碰撞检测在实时性和精确性方面的不足,提出基于轴向包围盒(AABB)结构和有向包围盒(OBB)的混合层次包围盒的碰撞检测方法(SHBVs).通过分析各种层次包围盒的特点以及虚拟手术环境中的对象特点,混合层次包围盒的碰撞检测方法将包围盒树分为上下两层,上层采用AABB-AABB的方式,用来快速排除不可能相交的物体;下层采用OBB-AABB的方式,能更紧密的包围虚拟环境中的活动对象(如细长的手术器械),同时对环境对象(软体组织)能更快速地在软组织变形后进行更新.实验证明,提出的混合层次包围盒算法能更快地检测碰撞,达到较好的实时性和精确性.     

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.     

基于包围盒和空间分割的混合碰撞检测算法

针对碰撞检测算法实时性较差的缺陷,提出基于层次包围盒和空间分割的混合碰撞检测算法。该算法采用构造对象的AABB包围盒,快速排除不可能相交的对象进行空间分割,实现虚拟环境对象的碰撞检测。实验结果表明,与经典的Rapid算法对比,该算法能够节省检测时间,提高碰撞检测的效率。     

混合包围盒碰撞检测算法研究

为提高碰撞检测的实时性,提出一种混合包围盒碰撞检测算法。将物体的包围盒二叉树设计为2层结构,顶层使用AABB包围盒排除不相交的物体,下层利用k-DOPs包围盒检测物体之间的碰撞情况。采用任务树的方法对2棵混合包围盒二叉树进行同步遍历,实现物体之间的碰撞检测。与其他碰撞检测算法进行对比分析,实验结果表明,该算法能提高碰撞检测的实时性和精确性。     

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.     

一种快速的可变形物体的碰撞检测算法

为实现虚拟环境中可变形物体与刚体间实时的碰撞检测,提出了一种快速的基于混合包围盒层次结构的并行碰撞检测算法。算法充分利用包围盒在检测速度和精度上的不同侧重,对可变形物体建立Sphere和AABB混合包围盒层次树,对刚体建立Sphere和OBB混合包围盒层次树;每个物体的混合包围盒层次树又分成上层、中层和下层,每层使用不同的包围盒;在碰撞检测遍历时,上层使用Sphere和Sphere相交检测快速排除不相交物体,在中层使用Sphere和OBB的相交检测进一步排除物体相交的可能性,在下层使用AABB和OBB的相交检测较精确地确定物体是否相交;采用多线程技术,在多核设备上实现并行碰撞检测算法。实验结果表明,与经典的AABB算法相比较,该算法在效率方面具有明显优势,能够满足可变形物体与刚体的碰撞检测要求。     

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SPH方法的流体粒子与软体碰撞检测

针对虚拟手术系统中流血粒子与软组织器官碰撞检测的问题进行了研究.虚拟手术中流血与软体器官组织进行碰撞检测不同于传统的刚体或者软体之间的碰撞检测,流血模型的拓扑结构变化较大,传统方法通过更新拓扑结构来进行碰撞检测的方法不能够保证碰撞检测的实时性和准确性.提出一种基于空间划分的流血粒子与软体碰撞检测算法,能够处理基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）模拟的流体与任意动力学模型模拟的软体之间的碰撞检测.同时,提出了对SPH算法进行最近相邻粒子搜索过程中建立起的均匀空间网格进行重复利用,使空间网格用于碰撞检测的空间划分与流体粒子的定位,从而减少了时间和空间资源的重复消耗.实验结果表明,该算法能够满足虚拟手术中流血粒子与软体之间的碰撞检测对精确性和实时性的要求.     

基于改进粒子群的快速碰撞检测算法研究

针对碰撞检测算法精度低、实时性差等问题,提出了一种基于改进粒子群的快速碰撞检测算法。将粒子群优化算法引入到随机碰撞检测问题中,通过混合层次包围盒缩小粒子搜索空间。利用特征采样将虚拟空间内复杂的碰撞检测转换为二维离散空间中的搜索问题。算法对标准粒子群方程进行了优化处理,通过去除速度项来加快算法后期的收敛速度,在算法中引入高斯扰动缩短粒子跳出局部最优的时间,有效提高了算法的精度。通过实验验证,该算法具有较高的精度、实时性好,能够满足碰撞检测的应用要求。     

基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法

目前的碰撞检测方法大部分是基于简单的包围盒方法和简单的搜索算法的,这种算法精确度低且效率不高。基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法是对传统碰撞检测算法的一种改进,该方法继承了传统碰撞检测算法的优点,同时又对传统算法进行了必要的改进。实验证明,利用物体表面凸分解的方法解决了传统碰撞检测算法不能测试非凸物体相交的问题,拓宽了碰撞检测算法的应用范围;根据物体前后碰撞点的相关性,运用加速搜索提高了碰撞检测效率,降低了算法复杂度。     

基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法

目前的碰撞检测方法大部分是基于简单的包围盒方法和简单的搜索算法的，这种算法精确度低且效率不高。基于凸分解与OBB层次结构的碰撞检测方法是对传统碰撞检测算法的一种改进，该方法继承了传统碰撞检测算法的优点，同时又对传统算法进行了必要的改进。实验证明，利用物体表面凸分解的方法解决了传统碰撞检测算法不能测试非凸物体相交的问题，拓宽了碰撞检测算法的应用范围；根据物体前后碰撞点的相关性，运用加速搜索提高了碰撞检测效率，降低了算法复杂度。     

结合轴对齐包围盒和空间划分的碰撞检测算法

目的 碰撞检测是虚拟现实,特别是虚拟装配中的关键技术。针对基于包围盒的碰撞检测算法的准确性和检测效率不足的问题,提出一种结合AABB轴对齐包围盒和空间划分的碰撞检测算法。方法 本文算法采用分步检测的方法,利用AABB算法来确定两包围盒的相交区域后,结合模型移动方向和运动趋势进行空间划分,利用碰撞检测的时空相关性,对时空相关的部分进行相交测试,通过将包围盒还原成三角面以及点的方式来保证检测的准确性。结果 本文算法与AABB层次包围盒二叉树算法、k-Dops包围盒算法以及BPS空间分割树算法进行对比实验分析。在碰撞的几何精度上,本文算法在大部分情况下与AABB算法和k-Dops算法的距离差超过阈值0.02,证明本文算法在碰撞几何精度上有明显的提高。在碰撞检测时耗上,随着碰撞检测难度的不断增加,本文算法在平移自由度下比AABB算法和BSP算法、在旋转自由度下比AABB算法和k-Dops算法的检测时间均降低了50%以上。在三角面数对算法碰撞检测时耗的影响上,当运动模型的三角面数较多时,本文算法表现出更高的稳定性。结论 结合AABB包围盒和空间划分方法的碰撞检测算法,在减少碰撞检测所需时间的同时提高了碰撞检测的准确性,可以满足虚拟装配技术中对碰撞检测算法准确性的要求,同时也能满足使用者实时性的交互习惯。     

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。     

运用改进的八叉树算法实现精确碰撞检测

提出一种精确碰撞检测算法,通过计算空间多面体之间距离实现碰撞检测功能.在计算2个多面体之间距离时,运用空间层次划分技术高效地寻找多面体中充分接近的三角面片,然后在这些三角面片中进行距离计算,以提高算法效率;同时运用改进的八叉树层次分割算法,与基本八叉树算法相比,减少了算法的空间复杂度.文中算法已经在超导Tokamak实验装置（EAST）虚拟装配仿真系统的碰撞检测模块中得到应用,通过实验比较,证明了该算法的可行性.     

虚拟手术中的快速碰撞检测算法

为了解决当前虚拟手术仿真中使用单一包围盒进行碰撞检测实时性不能满足要求的问题,提出了一种针对虚拟手术的基于层次包围体的快速碰撞检测方法。该方法主要应用了层次包围盒(BVH)的思想,同时根据不同对象的拓扑结构特征,采用不同的包围盒技术来表示。首先,用层次包围盒来表示手术工具,用层次包围球表示手术对象;然后,利用包围球和方向包围盒的相交测试快速排除不相交部分;最后,对于可能发生碰撞的部分再使用更为精确的三角面片相交测试来确定碰撞信息。实验结果表明,在相同的虚拟手术场景下,提出的这种方法较使用单一的层次包围盒具有更快的速度。