A faster triangle‐to‐triangle intersection test algorithm

The triangle‐to‐triangle intersection test is the most basic component of collision detection. And our algorithm, which firstly computes the line segment between triangle A and the plane of triangle B and uses a new method to detect the intersection between this line and triangle B, can reduce about 10% of time on average, compared with the previous fastest algorithm. Our new method divides the plane of triangle B into four quarter planes by two edges of B, and detects intersection depending on the location of the two endpoints of the segment. After using some techniques like avoiding division and projecting the segment and triangle B on XY, YZ, or ZX plane, the total number of arithmetic operations is reduced to at most 87, which is less than any existing algorithms. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Efficient triangle–triangle intersection test for OBB-based collision detection

We present an efficient algorithm for triangle–triangle intersection test in oriented bounding box (OBB)-based collision detection. In testing two OBB leaf nodes (i.e., rectangles), many intermediate computation results can be reused for the intersection test of two triangles they contain. It is considerably easier to detect redundant operations when we work in the local coordinate of the bounding rectangle rather than in the global coordinate of the object. The performance improvement of our algorithm is based on this observation that eliminates redundant computations. Compared with conventional algorithms, we have observed 15–79% improvement in computing time. We demonstrate the effectiveness of our approach using several experimental results.     

基于一类分类的三角形和三角形相交测试

三角形和三角形相交测试是碰撞检测数据结构和算法的基本组成部分,基于支持向量机的一类分类方法对三维空间中三角形和三角形相交测试提出了一种新的算法,首先用核函数把其中一个三角形（记为T_a）训练成球心为a半径为R的超球体,然后依据另一个三角形（记为T_b上的某些点到超球体的球心a的距离d_i（i=1,2,…,n）与R的关系,判断这些点是否在超球体内。如果T_b有点在超球体内,则断定两个三角形发生相交,反之则没有。理论分析和实验结果都表明,该算法速度很快,效率较高,能够满足动画中运动物体的实时交互碰撞检测。     

三角形对的快速相交测试

为提高碰撞检测的响应速度,提出了一种基于Ayellet算法的改进算法.该算法从代数的角度出发,首先快速排除掉三角形对不相交或共面的两种情况,然后分别计算一个三角形与另一个三角形所在平面的相交线段,最后检测这两条线段是否有公共点.如果有公共点则三角形对相交,反之则不相交.该算法也可以应用于类似的问题,如矩形对的相交测试,多边形对的相交测试.实验结果表明,该算法的速度优于改进前的算法.     

一种基于三角特征的行人检测算法

基于视频的行人检测技术是计算机视觉领域的重要问题,特征提取是行人检测技术的关键,大量的特征提取方法是基于Papageorgiou提出的矩形特征,但对于行人的边缘特性描述并不准确。针对adaboost算法,分析行人姿态的边缘特性,提出了四种较为有效的三角特征描述人体的外形局部特征,并推导了三角特征计算量与计算耗时的关系。与传统的矩形特征、非对称特征相比,三角特征能更有效的描述行人姿态,提高了行人检测的鲁棒性。     

三角形和三角形相交测试技术研究

高效率的“三角形和三角形相交测试”对于提高碰撞检测算法效率，增强虚拟场景的真实感和沉浸感起着至关重要的作用。该文深入研究了“三角形和三角形相交测试”的基本原理和典型算法，根据算法思想提出两个概念：标量判别法和矢量判别法，并对两种算法进行验证，对仿真计算结果进行分析、比较得出：矢量判别算法是对标量判别算法的改进和优化，条件相同时检测效率提高约7％，算法更加简单快捷，具有较高的理论意义和实际工程应用价值。     

基于动态OBB层次结构的曲面相交算法*

为提高大曲面相交算法的效率,提出一种基于新的碰撞检测的曲面相交算法。该算法采用动态OBB层次结构碰撞算法获取相交区域,准确计算交点并构成交线;再利用分治三角化算法重构相交区域,以基于交线平均长度的方法去除窄小三角形,同时对空间闭合交线进行三角化,更新相交区域的三角形,并以闭合交线区分不同的区域。通过分析和实验结果证明,该算法能够对由大量三角形组成且相交情况比较复杂的曲面进行较快的处理。     

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。     

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。     

基于Gabor滤波和特征三角形的驾驶员面部跟踪

文章提出了一种驾驶员面部跟踪的鲁棒、有效的视频图像人脸跟踪算法。该算法根据水平投影曲线获取眼睛、鼻孔和嘴等区域构造特征三角形(包括等腰三角形和直角三角形),再根据刚体约束生成潜在人脸跟踪矩形区域。再采用二维Gabor核函数构造最优滤波器48个,在特征跟踪矩形区域内获取48个人脸特征点。该算法能够在不同尺寸、不同光照、不同姿态和不同表情甚至不同噪音情况下跟踪人脸有效率达97.81%。     

一种基于星三角形的星图识别算法

提出了一种基于星三角形的星图识别算法。根据星三角形构造其对应的模式向量,按照三角形周长进行升序排列,并构造辅助索引向量,提高搜索效率;通过分析三角形算法产生误匹配或冗余匹配的主要原因,根据估计最大位置误差建立相近模式向量表,以提高识别成功率。仿真实验表明：当位置噪声在估计最大位置误差范围以内时,本算法识别成功率可达99％以上,平均识别时间为1．8ms,很好地满足了星图识别的要求：     

Triangle strings: Structures for augmentation of vertex-disjoint triangle sets

Vertex-disjoint triangle sets (triangle sets for short) have been studied extensively. Many theoretical and computational results have been obtained. While the maximum triangle set problem can be viewed as the generalization of the maximum matching problem, there seems to be no parallel result to Berge's augmenting path characterization on maximum matching (C. Berge, 1957 [1]). In this paper, we describe a class of structures called triangle string, which turns out to be equivalent to the class of union of two triangle sets in a graph. Based on the concept of triangle string, a sufficient and necessary condition that a triangle set can be augmented is given. Furthermore, we provide an algorithm to determine whether a graph G with maximum degree 4 is a triangle string, and if G is a triangle string, we compute a maximum triangle set of it. Finally, we give a sufficient and necessary condition for a triangle string to have a triangle factor.     

三角形的并行枚举算法

经典GT算法是三角形并行枚举算法的MapReduce实现,然而该算法只能枚举全图的三角形结构,对部分顶点构成的三角形结构无法直接进行枚举。针对此问题,提出一种直接枚举部分顶点构成三角形结构的并行算法。首先,通过分析被选点的分布,给出被选点构成三角形的所有组合集合;然后,通过对该集合的筛选,实现对部分点构成三角形结构的直接枚举;最后,将该算法在Spark系统实现,以实现该算法的高效性和广泛性。在人工生成数据集和真实数据集上与GT算法进行对比实验,实验结果表明,所提改进算法的运行时间只有GT算法运行时间的1/3,在Spark上的运行时间仅是Hadoop上运行时间的1/7。该算法可用于更高效地直接生成图中任意点所构成的三角形数据集。     

快速成型中一种改进的轮廓线生成算法

在对STL模型分层求交线过程中,针对三角面片的边与切平面很接近时,浮点运算引起的精度损失可能导致的错误交线问题,提出一种基于STL模型局部拓扑的分层算法。将所有可能引起错误交线的三角面片提取出来,建立拓扑结构,以接近切平面的边在切平面的投影替代交线,消除了由于浮点运算误差导致的轮廓线缺边和重边的错误。实验结果表明,该算法在计算出交线段集后不需要再进行修复,简单连接后就能得出正确的切片轮廓线。     

Comparative investigation of GPU-accelerated triangle-triangle intersection algorithms for collision detection

Efficient collision detection is critical in 3D geometric modeling. In this paper, we first implement three parallel triangle-triangle intersection algorithms on a GPU and then compare the computational efficiency of these three GPU-accelerated parallel triangle-triangle intersection algorithms in an application that detects collisions between triangulated models. The presented GPU-based parallel collision detection method for triangulated models has two stages: first, we propose a straightforward and efficient parallel approach to reduce the number of potentially intersecting triangle pairs based on AABBs, and second, we conduct intersection tests with the remaining triangle pairs in parallel based on three triangle-triangle intersection algorithms, i.e., the Möller’s algorithm, Devillers’ and Guigue’s algorithm, and Shen’s algorithm. To evaluate the performance of the presented GPU-based parallel collision detection method for triangulated models, we conduct four groups of benchmarks. The experimental results show the following: (1) the time required to detect collisions for the triangulated model consisting of approximately 1.5 billion triangle pairs is less than 0.5 s; (2) the GPU-based parallel collision detection method speedup over the corresponding serial version is 50x - 60x, and (3) Devillers’ and Guigue’s algorithm is comparatively and comprehensively the best of the three GPU-based parallel triangle-triangle intersection algorithms. The presented GPU-accelerated method is capable of efficiently detecting the potential collisions of triangulated models. Overall, the GPU-accelerated parallel Devillers’ and Guigue’s triangle-triangle intersection algorithm is recommended when performing practical collision detections between large triangulated models.

     

基于星三角形外接圆的星图识别算法

三角形外接圆半径能部分描述三角形的结构特征,在三角形两条边长及其外接圆半径已知的情况下,可以确定唯一的三角形,因此提出了一种基于三角形外接圆的星图识别算法。构建了导航星数据库,以特征三角形为匹配模板,减少了导航星三角形的数量,从而减小导航星数据库容量。为了提高搜索效率,以特征半径为搜索量,并对其进行升序排列。通过对特征半径的匹配,缩小了角距匹配的范围,提高了角距匹配的速度,同时采用的多三角形的组合有效地提高了识别率。为了保证星图识别的准确性,引入了验证识别环节。仿真结果表明:当存在2像元的位置噪声时,识别率大于97.42%,平均识别时间为38.41 ms,实时性与鲁棒性均优于传统三角形星图识别算法。     

一种优化的机器人碰撞检测算法研究

提出了一种基于Vclip的优化碰撞检测算法,利用Vclip算法对AABB包围盒进行底层碰撞检测计算,用GPU的遮挡查询等特性进行三角形相交测试,以提高对虚拟物体进行碰撞检测的精确性与实时性。算法已成功应用于课题组自行研制的6自由度小型工业机器人的仿真控制系统中,实验结果表明,其算法具有高效、精确、实时性高等特点,能使控制系统对工业机器人的控制更为流畅。     

虚拟手术中快速碰撞检测方法的研究

为了解决虚拟手术的快速碰撞检测问题,提出了一种新的基于层次包围盒的快速碰撞检测方法。文中基于虚拟手术中器官组织是软体模型且规模巨大,而手术器械是刚体模型且结构简单这一特点,从层次包围盒构造、包围盒树遍历和精确相交测试三个方面改进算法。仿真实验表明该算法能正确有效地处理虚拟手术中的碰撞检测,与标准库RAPID对比,随着软体模型规模的增大,该方法能显著提高碰撞检测的效率。     

基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法

在地质建模中,当待处理的曲面包含大量三角形时,求交速度成为了瓶颈。该文提出基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法,采用平均单元格技术对求交曲面进行预处理,以加快相交元素对的获取。实验结果表明,与同类求交算法相比,该算法能够有效提升求交速度,并已成功应用于某地质建模软件中。     

SAH guided spatial split partitioning for fast BVH construction

We present a new SAH guided approach to subdividing triangles as the scene is coarsely partitioned into smaller sets of spatially coherent triangles. Our triangle split approach is integrated into the partitioning stage of a fast BVH construction algorithm, but may as well be used as a stand alone pre‐split pass. Our algorithm significantly reduces the number of split triangles compared to previous methods, while at the same time improving ray tracing performance compared to competing fast BVH construction techniques. We compare performance on Intel's Embree ray tracer and show that BVH construction with our splitting algorithm is always faster than Embree's pre‐split construction algorithm. We also show that our algorithm builds significantly improved quality trees that deliver higher ray tracing performance. Our algorithm is implemented into Embree's open source ray tracing framework, and the source code will be released late 2015.