面向应急事件虚拟场景的碰撞检测算法研究

本文基于应急条件下的仿真场景,提出了基于有向层次包围盒的潜在区城（Area Of Potential）的实时碰撞检测算法,当仿真模型状态发生改变时,该算法仅对AOP区城而不是整个虚拟环境目标进行碰撞检测。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。     

基于Multigen VEGA的碰撞检测技术

在虚拟场景漫游过程中要获得更强的沉浸感和更好的真实感,必须进行碰撞检测。基于碰撞检测理论和技术的基础上,论述了虚拟现实引擎Vega中的碰撞检测方法,实现了Vega环境中虚拟场景的仿真和系统的实时漫游。     

实时车辆仿真中"工"字形碰撞检测方法及其应用

碰撞检测是实时仿真系统中的一项关键技术,地面车辆的碰撞检测应用为车辆的行为提供了约束机制,否则就会出现车辆穿墙而过等与现实不符的仿真现象.碰撞检测的实时性与精确度是一对矛盾,在实际应用中应在保证精确度的同时尽量的追求算法的快速高效.本文介绍了三维场景管理中碰撞检测的一般原理和方法,并基于对地面车辆的基本外形结构和运动规律的分析,提出了"工"字形碰撞检测的方法.对现实中的若干障碍状况进行了分析,阐述了该方法的工作原理,给出了与其它几种方法的比较,并对其在实时仿真中的应用进行了详细阐述.     

基于完全二叉树BVH的自碰撞检测算法

计算机图形学与虚拟现实应用的一个主要任务是对柔性物体的动态实时模拟。这类仿真任务需要能够快速计算的模型与动力学仿真算法,特别是高效的碰撞、自碰撞检测算法。尽管研究者们针对刚体的碰撞检测已经做了大量工作,但柔性物体对碰撞检测提出了更高的挑战。给出一种基于完全二叉树的包围盒层次结构,并运用基于此结构的构建、更新算法,优化仿真系统中数个环节,实现复杂场景中布料类柔性物体的自碰撞检测与物理模拟。     

基于场的人群运动仿真

人群仿真目前在工业、建筑、交通等多种领域中应用广泛.实现复杂场景中的人群运动实时仿真,效率是亟待解决的关键性问题,而提高仿真效率所必须面临的挑战主要有人群的渲染、位置及状态的实时更新和碰撞检测.提出一种基于场的方法来实现人群运动的实时仿真,通过构建导航场和密度场引导人群运动.导航场能够引导人群按最优可行路径到达其目标位置;而密度场通过对人群运动速度的影响,再与基于GPU的碰撞检测方法结合,有效地避免了人群碰撞.应用基于场的方法,搭建了人群运动实时仿真系统,在复杂的场馆中对几千人规模的人群进行了实验,成功地对人群进行疏散.实验结果表明,本文方法能够获得良好的渲染效果和仿真效率.     

数控仿真中的实时碰撞检测算法的研究

碰撞干涉检测是数控加工仿真中的重要组成,文章提出了一种实现数控仿真加工的实时碰撞检测算法,该方法是通过测试线与刀具扫掠体包络面求交的交点来判断刀具或刀柄在加工过程中是否和夹具发生了碰撞,以及碰撞发生在哪些控制代码所对应的刀具移动上;算法的关键在于实时性,满足了数控加工过程中的实时碰撞检测,同时也给出了实例说明了算法的有效性。     

基于Vega Prime的供配电网仿真系统研究与实现

本文提出了基于VegaPrime的供配电网仿真系统总体开发框架,重点研究了其中的碰撞检测和实时漫游两个关键技术,以上海洋山深水港为原型,采用VegaPrime为开发平台,实现洋山深水港配电网仿真系统的开发     

基于AABB的四维时空层次包围盒碰撞检测方法

在虚拟场景中高速运动的物体在相邻的离散时间点上容易出现碰撞检测遗漏和刺穿的现象,针对此问题提出了基于AABB的四维时空层次包围盒碰撞检测方法;此算法综合利用了高速运动物体的时空相关性、四维相交检测和层次包围盒法的优点,较好地处理了遗漏和刺穿现象,同时平衡了碰撞检测中实时性和精度二者之间的矛盾,实现虚拟场景中高速运动物体的实时碰撞检测,在防空导弹拦截飞机仿真过程领域有重要应用价值。     

虚拟手术实时物体碰撞检测和软组织变形研究

针对虚拟手术系统中实时碰撞检测和软组织变形的问题进行了研究。对于实时碰撞检测,使用了包围盒检测结合三角面片检测的方法来检测物体之间的碰撞,并且找到相互碰撞的两个三角面片。对于软组织变形,使用了一种基于胡克定律的弹簧质点模型来虚拟仿真变形,并提供了控制点移动的方法。采用优化虚拟手术中的物体碰撞检测方法,减少了不必要的计算和增强了系统的精确度;简化了软组织变形的算法,相对加快了有限元模型运算速度。对推动虚拟手术的发展具有积极的意义和作用。     

碰撞检测在虚拟仿真系统中的应用

碰撞检测对于增强虚拟仿真系统的拟真度和沉浸感有着重要的作用。通过对现有碰撞检测程序库的整合与改进,设计并实现了虚拟仿真系统的碰撞检测模块,实验证明,该模块能够较好地满足虚拟仿真系统对碰撞检测的要求。     

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。     

基于空间划分和线性规划的快速碰撞检测算法

为提高在复杂环境下多物体碰撞检测的速度,提出基于空间划分和线性规划的快速碰撞检测算法。该算法首先用均匀网格法来确定处于同一单元格内的对象,然后利用线性规划的方法对处于同一单元格内的对象进行精确测试,并实时得到碰撞检测的结果。实验结果表明,与传统的碰撞检测算法相比,该算法可以缩短计算时间,提高了碰撞检测的效率。     

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.     

虚拟场景漫游系统的碰撞检测优化算法

基于三维层面的碰撞检测算法都比较复杂,还需要大量场景数据作支撑.本文针对虚拟场景漫游系统的特点,提出一种将三维碰撞简化到二维平面中的检测算法.实践表明:该算法能大大提高检测效率,也能很好地满足漫游系统的需要.     

基于点云模型的虚拟手术系统建模及碰撞检测

建模与碰撞检测算法是虚拟手术具有良好实时性的前提。通过CT得到病人身体患部的点云数据,再基于八叉树剖分算法,采用层次包围球结构,对手术部位的软组织及器官进行建模。为了提高碰撞检测的实时性,将手术器械物理模型简化为一个小球或一条直线与软组织交互,而几何模型保持不变,这样在不影响虚拟手术的视觉效果同时又提高了碰撞检测的速度。实验结果表明,算法能准确检测出虚拟手术器械与虚拟模型接触的点,而且碰撞检测实时性显著提高,简化后的平均碰撞检测时间仅为虚拟手术的快速碰撞检测算法中未简化的方法平均时间的10%。     

融合神经网络的布料碰撞检测算法

目的 针对当前在虚拟环境中布料柔体碰撞检测效率慢和准确性低的问题,提出一种根节点双层包围盒树结构和融合OpenNN （open neural networks library）神经网络加速预测碰撞检测的算法。方法 首先改进了碰撞检测常用的包围盒技术,提出根节点双层包围盒算法,减少包围盒的构造时间。其次使用神经网络优化碰撞检测技术,利用神经网络可以处理大量数据的优势,每次可以检测大量基本图元是否发生碰撞,解决了碰撞检测计算复杂性高的问题。最后准确地找到碰撞粒子并做出碰撞响应。结果 在相同的复杂布料模型情况下,根节点双层包围盒算法在运行速度上比传统混合包围盒算法快,耗时缩减了5.51%~11.32%。基于OpenNN算法的总耗时比根节点双层包围盒缩减了11.70%,比融合DNN （deep neural network）的自碰撞检测算法减少了6.62%。随着碰撞检测难度的增大,当布料模型的精度增加84%时,传统物理碰撞检测方法用时增加96%,融合DNN的自碰撞检测算法用时增加90.11%,而本文基于神经网络的算法用时仅增加了68.37%,同时表现出更高的稳定性,满足使用者对实时性的要求。结论 对于模拟场景中简单模型的碰撞,本文提出的根节点双层包围盒算法比传统的包围盒方法耗时短。对于复杂模型,基于OpenNN神经网络的碰撞检测算法在效率上优于传统的包围盒算法和融合DNN的自碰撞检查算法,而且模拟效果的准确性也得以保证,是一种高效的碰撞检测方法。     

基于层次包围盒的混合碰撞检测算法

针对碰撞检测算法实时性较差的缺点,本文提出基于AABB包围盒与OBB包围盒相结合的混合碰撞检测算法,首先由对象投影来判断是否相交,检测出不可能相交对象;然后对可能相交的对象投影反向构建AABB包围盒,快速地测试对象;再用OBB包围盒进行精确地检测,以实现虚拟环境对象间高效的碰撞检测。本文还针对传统的基元相交测试效率不高的缺点进行了一定的改进。实验结果表明,与另外两种算法对比,该方法在相同环境前提下能够有效的提高碰撞检测的效率。     

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。     

时空相关性在多物体碰撞检测中的应用

尽管利用虚拟环境中物体运动的时空相关性来加速物体间的碰撞检测，可以取得不错的效果，但目前的时空相关性算法只应用在两个物体的碰撞检测中，而不能处理多个物体同时发生碰撞的情况；另外，利用时空相关性尚无法解决快速运动物体的碰撞检测问题。针对传统算法的这两个缺陷，在综合利用空间区域划分和时空相关性算法的基础上，通过修改虚拟对象的内部数据结构提出了一种改进算法，实验结果表明，该算法不仅可实现多个物体同时发生碰撞的检测，而且能保证算法在物体高速运动时的有效性。