三维实体布局仿真中干涉检验的八叉树方法

本文提出了一种利用八叉树结构表示三维实体布局状态空间的方法，并在此基础上设计了一个三维实体布局仿真中干涉检验的算法，首次提出了利用二进制整数的“位”记录状态信息的方法，使状态空间数据量压缩至传统算法的１／１６；理论分析及实验结果证明了该算法的高效性。     

三维实体布局中干涉检验的八叉树方法

本文提出了一种利用八叉树结构表示三维实体布局状态空间的方法，并在此基础上设计了一个三维实体布局仿真中干涉检验的算法，首次提出了利用二进制整数的“位”记录状态信息的方法，使状态空间数据量压缩至传统算法的１／１６；理论分析及实验结果证明了该算法的高效性。     

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.     

异形螺杆加工过程三维动态仿真技术研究

利用三角形图元造型实现了数控机床加工异形螺旋杆的仿真过程,提出了基于定义高度缓冲区的工件表示方法和简化模型,以此为基础建立了刀具与工件曲线的求交算法,以最小有向距离原理为依据提出了仿真加工过程中的干涉判定算法,分析和实验证明了上述两种算法具有良好的时间和空间复杂性.最后,利用C 和OpenGL实现了具有干涉判定功能的三维仿真系统,该系统不仅实现了以往无法达到的仿真加工速度,而且其图形具有相当强的真实感,它使整个复杂的螺杆加工过程从参数输入、刀具选择、干涉判定、插补计算、三维仿真到数控程序生成和控制加工完善地结合起来.     

谐波齿轮精确间隙分析可视化仿真

研究谐波齿轮传动优化问题,渐开线齿廓代替齿轮共轭齿廓时,存在齿轮重叠干涉影响精度问题。为保证齿轮既不发生干涉又能实现精确传动,且提高计算精度与收敛速度,提出根据齿顶干涉检验法的自动优化算法。通过图形界面参数化设计进行迭代计算,快速精确计算出最小啮合间隙,并对齿廓啮合过程进行了可视化仿真。结果表明,优化结果啮合状况良好,明显提高了计算精度与收敛速度。最后,通过大量实例分析,得到齿轮啮合过程中最容易发生干涉的转角,并采用变位修正法进行修正。为谐波齿轮加工与检验提供参考依据。     

机械加工过程仿真中运动物体的碰撞检测

本文提出了一种表达实体的八叉树层次球状模型和基于这种模型的运动物体之间的碰撞检测算法。机械加工过程的图表仿真对ＮＣ程序的检验是十分有用的，因为编程者或加工操作者能够很方便地看到加工的效果。由于在加工过程中，刀具和工件等都是运动物体，而要从图形上直接目测运动物体之间的碰撞情况是十分困难的。所以，本文提出了一种表示运动物体的模型及相应的碰撞检测算法。一个物体可用一个八叉树层次球模型来表示，其运动可以用     

基于信号子空间估计的多基线InSAR干涉相位图滤波方法

多基线干涉合成孔径雷达（Interferometic synthetic aperture radar,InSAR）利用长短基线之间的关系,能够获得优于单基线InSAR的高程测量结果。本文针对多基线InSAR的数据特点,提出了基于信号子空间估计的多基线InSAR干涉相位图滤波方法。该方法将不同长度基线下所获得干涉相位图中同一像素单元信号作为一个训练样本,通过信号子空间的估计完成多基线InSAR干涉相位图滤波。仿真实验结果表明,本文方法可以在运算时间相当的情况下,获得优于回转均值滤波算法和回转中值滤波算法的滤波性能,是一种可满足实时处理要求的有效的多基线InSAR干涉相位图滤波方法。     

机械加工过程仿真中运动物体的碰撞检测

本文提出了一种表达实体的八叉树层次球状模型和基于这种模型的运动物体之间的碰撞检测算法。机械加工过程的图形仿真对ＮＣ程序的检验是十分有用的，因为编程者或加工操作者能够很方便地看到加工的效果。由于在加工过程中，刀具和工件等都是运动物体，而要从图形上直接目测运动物体之间的碰撞情况是十分困难的。所以，本文提出了一种表示运动物体的模型及相应的碰撞检测算法。一个物体可用一个八叉树层次球模型来表示，其运动可以用节点的外接球的球心的运动来表示，它是时间的函数。通过求解满足碰撞条件的方程，我们可以得到两运动物体碰撞时间和位置。本文最后对碰撞检测算法的特性进行了分析。     

复杂实体干涉检验的改进八叉树法

在基于结构立体几何的实体造型系统中，用改进的八叉树方法进行了复杂实体间的干涉检验，即避免了复杂实体间的求交运算，又很好地克服了传统八叉树方法精度低的缺点。本文提出的方法可以推广至机器人无碰路径规划，三维实体布局等所有需要进行干涉检验的领域。     

曲面工件超声检测中碰撞干涉的研究

在超声检测自动探伤过程中,探头可能和工件发生碰撞干涉。根据曲面工件和圆柱形探头碰撞干涉的特点,给出了一种分级碰撞干涉检测方法。首先利用包围盒算法和几何求交算法剔除大量被检对象分离的情况,然后将可能干涉的3维对象正投影到2维平面中,空间碰撞问题就转化为平面碰撞问题,只需计算投影图是否有重叠就可精确判断是否干涉。工程应用表明,该方法能满足超声检测机器人碰撞干涉检测的高效性和精确性要求,该方法也适用于装配和数控加工中复杂曲面和圆柱体之间的碰撞干涉快速检查。     

BOXTREE: A Hierarchical Representation for Surfaces in 3D

We introduce the boxtree, a versatile data structure for representing triangulated or meshed surfaces in 3D. A boxtree is a hierarchical structure of nested boxes that supports efficient ray tracing and collision detection. It is simple and robust, and requires minimal space. In situations where storage is at a premium, boxtrees are effective alternatives to octrees and BSP trees. They are also more flexible and efficient than R-trees, and nearly as simple to implement.     

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。     

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。     

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。     

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。     

三维虚拟服装缝合技术研究

讨论三维计算机辅助服装设计系统中二维衣片转换为三维服装的有关技术问题。针对实现三维场景中服装的缝制及再现服装穿着的真实效果进行了深入研究。对于二维服装衣片的离散问题，提出基于正则栅格法思想的四边域网格剖分算法，界定了对位缝合和褶皱缝合的新概念，通过相应的边界调整方案解决了复杂服装的缝制问题；在缝合模拟过程中，分析衣片缝合前后缝合力的作用，并给出不同阶段的约束处理方法；最后针对服装同人模之间的碰撞，提出一个基于层次剖分法、融合包围盒检测技术特点有碰撞检测加速算法。这些技术均在三维虚拟服装缝制模拟系统中得以验证。     

Collision detection methodologies for rigid body assembly in a virtual environment

In this paper, a simulated three-dimensional virtual environment is created with a virtual 3D track ball for virtual object control. We propose a new technique called HV Partition to detect accurate collision in the assembly of two polyhedral solids in virtual simulation. This is a solid interference detection methodology achieved by automatically partitioning the object into smaller solid boxes. An important advantage of this methodology compared with other approaches is that it can deal with non-convex objects. This means that mechanical components, represented by non-convex polyhedra, traversing any degree of freedom, can be used in this virtual environment. Using this HV Partition method, the precise interference between two polyhedral solid objects can be found. The HV Partition methodology is applied following initial approximate collision detection using traditional bounding box and bounding sphere methods. The smaller the number of smaller boxes, the quicker is the performance of the collision algorithm. An optimal partition method is also given to reduce the number of smaller boxes in an object.     

Data structures and the time complexity of ray tracing

The time complexity of ray tracing is a function of the data structures used for space division. Octree and hierarchical extents have been suggested as effective choices. In this paper, complexity parameters are suggested to characterize images and show that both octrees and hierarchies are appropriate choices if given most favorable images. Also, a unified technique is proposed and shown to be better than previous methods for all images. Octrees and hierarchies are particular cases of the new proposed algorithm.     

Robot Path Planning Using Fluid Model

This paper presents a numerical potential function for point-robot path planning in configuration space based on the theory of fluid mechanics. Ideal fluid is first simulated using Poisson's equation and heuristic path planning algorithms are established by comparisons of the velocity potentials. Several computational techniques are experimented and compared. A bitmap collision detection technique is proposed for non-point robots. This fluid model creates an environment which is not only free of local minima but also beneficial for navigation control.