面向虚拟手术的碰撞检测优化算法

为了提高虚拟手术仿真系统中碰撞检测算法的效率,基于混合包围盒碰撞检测法,提出了一种快速的碰撞检测优化算法。首先利用S-AABB上层包围盒进行粗略碰撞检测,然后利用球包围盒进行底层精确碰撞检测,并采用2种优化方法代替传统上建立层次二叉树的过程。采用分区域碰撞检测法,使每次检测只是针对某一个区域内的单元体,有效地提高了碰撞检测效率;采用预测碰撞检测法,当碰撞连续发生时,预测出即将可能发生碰撞的单元体,只是针对这些单元体进行碰撞检测。最后通过实验数据,证明了该碰撞检测算法及其优化方法的有效性及其快速性。     

血管介入手术中的柔性虚拟力触觉系统研究

随着微创手术的发展,虚拟手术的应用前景越来越广阔.力反馈作为虚拟手术的核心技术,其实现的效果直接影响了虚拟手术的沉浸感.通过对经典包围盒碰撞检测算法进行研究比对,选择了球包围盒的碰撞检测算法,并建立了精确的反馈力计算模型,实现了介入血管中的柔性碰撞仿真.该仿真具有很高的实时性和精度.     

运动物体仿真中的碰撞检测研究

针对运动物体仿真中碰撞检测的实际需要,对运动物体与地面的碰撞检测和运动物体与地面上其他物体的碰撞检测进行了研究,对方向包围盒（OBB）碰撞检测算法进行了设计,使VegaPrime中的碰撞检测由单一的线段变成了完整的三维物体。试验结果表明,通过对比例参数的控制,能产生具有预警机制或碰撞容忍度的碰撞检测包围盒。     

虚拟仿真中碰撞检测系统设计与实现

碰撞检测是虚拟仿真中的重要环节.针对碰撞检测中存在多个不同尺寸、不同运动状态的不规则物体场景,研发了一种碰撞检测系统.结合空间剖分技术与方向包围盒层次树实现碰撞检测,对物体间相交穿透问题进行回退处理.系统中设计了场景构建、预处理、实时检测功能,对各功能执行效果加以可视化.结果表明,系统具有良好的检测效率和真实感.     

虚拟手术模拟系统中包围盒碰撞检测技术及应用研究

碰撞检测模块是虚拟内窥镜系统的重要组成部分。根据变形物体的碰撞检测要求及连续切割过程对网格结构的影响,提出了碰撞检测的层次包围盒结构修正方法。该方法针对网格中的单元剖分和网格优化的过程中网格单元变化采用子树替换、位置提升方法进行修正,可满足连续切割中正确碰撞检测和精确碰撞的要求.     

碰撞检测中的包围盒方法

讨论了当前虚拟环境中应用比较广泛的2类碰撞检测算法——空间剖分法和层次包围盒法.重点对层次包围盒算法中的轴向包围盒(AABB)法、方向包围盒(OBB)法和固定方向凸包包围盒(FDH)法从包围盒的构建、相交检测等方面做了详细分析,并从计算复杂度、适用范围等方面对这3类方法进行了比较.     

基于质点转换和包围盒的混合碰撞检测算法

为了提高碰撞检测的效率,提出了一种基于质点转换和包围盒相结合的碰撞检测算法。对空间中的所有物体采用区域中心法和二叉树来构建OBB层次包围盒;对于空间中相隔一定距离的物体利用物理学中质点的概念,把物体的最外层OBB包围盒当作三维空间中的点来计算两点之间的距离,根据质点计算的结果与还原距离进行判断,对于没有通过结果验证的质点不再检测,而通过结果验证的质点则对其进行质点还原;对还原的包围盒进行OBB层次包围盒相交测试。实验结果表明,相比于前人算法基于质点转换和包围盒的混合碰撞检测算法能够更加有效地提升检测效率,并且随着空间的增大检测所花费的时间将会变得更少检测效率更高,特别适用于空间中存在大量物体的复杂环境。     

碰撞检测中的包围盒方法

讨论了当前虚拟环境中应用比较广泛的2类碰撞检测算法——空间剖分法和层次包围盒法．重点对层次包围盒算法中的轴向包围盒（AABB）法、方向包围盒（OBB）法和固定方向凸包包围盒（POH）法从包围盒的构建、相交检测等方面做了详细分析，并从计算复杂度、适用范围等方面对这3类方法进行了比较．     

虚拟设计中碰撞检测技术的研究

针对目前虚拟设计中碰撞检测系统复杂、速率和精度达不到理想要求的现状,提出一种两阶段碰撞检测算法。该方法粗测阶段采用AABB包围盒进行相交测试,剔除完全不相交的目标物体;精测阶段采用空间投影技术结合z缓存算法对上一步结果的潜在性相交目标进一步测试,获得物体碰撞数据信息,最终完成目标物体的碰撞检测。实验结果表明,该算法检测效率优于传统包围体碰撞检测算法。该技术改进后可实现更精确的碰撞检测。     

一种基于OBB包围盒算法的改进

为了提高碰撞检测的速度,对虚拟环境中的物体进行了假设,提出了方向圆柱包围盒检测方法,并结合各类包围盒的特点,分析了不同类型包围盒之间算法,实现了层次包围盒碰撞检测算法的优化,提高了碰撞检测的速度,增强了系统的实时性。     

一种快速精确的连续碰撞检测算法

为了实现运动刚体间快速精确的碰撞检测，提出了一种新的连续碰撞检测算法。利用图形硬件的计算能力，该算法在每个时间区间上实时处理，把单个时间区间划分成若干个子时间区间，使用静态和连续的定向包围盒（OBB）相交性检测方法，计算出在子时间区间内的潜在碰撞集(PCS)，并结合基于图形硬件的可靠碰撞剔除方法、三角面片之间的碰撞检测方法和回退方法，计算出刚体间的初始碰撞时刻和碰撞位置.并应用于一个三维建模系统中的装配模块.实验结果表明，与传统的碰撞检测方法相比，该算法可以缩短计算时间，具有更好的性能和精度.     

基于混合包围体层次树的机器人碰撞检测试验

为解决喷涂、焊接、装配等工业现场中能快速检测出机器人与周边环境是否发生碰撞,提出一种适用于铰接模型机器人的碰撞检测算法——混合包围体层次树算法。该算法利用了不同包围体所具有的优势:由OBB包围机器人连杆时更紧凑和以OBB为基元构建球包围体时计算简化和耗时少。该算法采用由顶层、中间层和底层3层结构构成的包围体层次树技术。如果包围体层次树中父节点包围体不存在碰撞,则无须对子节点包围体进行碰撞检测,且顶层与中间层采用二叉树结构来存储数据,以此加快碰撞检测速度。而且该算法可以随着机器人实际运动时各连杆间相对位置的变化而动态更新,以此适应机器人的碰撞检测。通过开发OpenGL上位机控制软件和搭建Parker控制器等构建的机器人实体实验平台验证所提出的碰撞检测算法的有效性。     

虚拟装配中实时碰撞检测方法研究

本文介绍了基于层次包围盒的碰撞检测算法,并着重对现有的各种包围盒类型进行了分析比较。文章对OBB包围盒的计算算法、包围盒树的建立算法、包围盒的重叠测试进行了研究,最后以OBB验证了该类算法的有效性和正确性。     

颗粒团聚过程准确碰撞检测快速算法

碰撞检测的传统算法在应对大量颗粒碰撞团聚时往往执行效率低下,为此提出一种基于“包围球-最大检测区域”预处理的两步式准确碰撞检测快速算法. 粗略筛选阶段：所有团聚体用更新成本低的包围球替代表示,并将包围球间的碰撞检测转变为求解关于时间的一元二次方程问题,通过并行求解这些方程快速筛选出所有可能发生的碰撞;忽略最大检测区域外的碰撞检测以进一步缩短执行时间. 精细确定阶段：采用离散碰撞检测快速确定碰撞发生的具体时间和位置;在该阶段,采样时间间隔是自适应的且逐渐减小. 将模拟计算结果与未优化的传统算法结果进行对比后发现,在满足相同碰撞检测准确性的前提下,提出的算法将执行效率提升了10~30倍,表明此算法更加适用于大量颗粒团聚过程中的碰撞检测.     

基于层次包围盒与平均单元格的三角网格求交

层次包围盒法,通过在求交过程中对模型包围盒地不断划分,最终筛选掉大量不相交的三角面片.平均单元格法,对求交模型进行预处理,以加快相交元素对的获取.综合两种方法的各自优势,提出一种混合的求交算法,对两个模型分别创建各自包围盒,进行层次包围盒法,粗略地排除不相交的三角形;再采用平均单元格法,将相交的三角形准确地定位到各个单元格内.实验结果表明:该算法速度远远大于层次包围盒法,与平均单元格法的速度大致相当,但是消耗的内存却大大减少,使得该方法更适用于巨大的模型场景.     

图形机械手碰撞检测简化算法

参考较为成形的基于包围盒层次的碰撞检测算法,针对本系统液压伺服机械手的特有结构,采用一种简单易行的线面关系、面面关系算法来实时处理图形机器人与待操作对象的精确碰撞检测,最后通过实验验证了该算法的有效性。结果表明:所提出的碰撞检测模型具有计算量小,速度快以及易于编程实现等优点。解决了遥操作工程机械手的在线实时仿真问题,可以较好地应用于简单的虚拟现实系统。     

虚拟试穿中的模型分割与碰撞检测

为解决在计算机辅助服装设计中虚拟试穿的计算速度与实时效率瓶颈,提出了一种基于Span的三维人体模型区域生长优化分割算法,在区段结构上适当添加标记,增加区段信息,避免不必要的重复访问与回溯,提高运算效率;提出了基于几何位置的衣物三维立体模型与人体模型碰撞检测方法,使用椭圆包围盒算法来拟合人体模型分割区域,检测到衣物质点在与椭圆包围盒发生碰撞后,修正其到椭圆包围盒表面正确的碰撞位置上,以便通过实时仿真来观测虚拟设计的结果.仿真实验结果表明:衣物的虚拟试穿模拟效果逼真,与传统方法相比,碰撞检测处理时间减少了64%,具有一定的鲁棒性与实效性.     

基于可变形物体的碰撞检测算法

为了提高可变性物体在虚拟现实技术中碰撞检测的效率和准确度,提出了一种改进的基于可变形物体的碰撞检测算法。该算法利用蚁群算法优化蛇形轮廓模型,并将蛇形轮廓模型应用于固定方向凸包包围盒的更新过程中。实验结果表明,该算法极大地简化了固定方向凸包包围盒算法的重建过程,提高了碰撞检测的效率,同时由于加入优化的蚁群算法,提高了碰撞检测的准确度。     

一种快速的基于并行的碰撞检测算法

提出了一种基于并行的碰撞检测算法,主要采用分治策略建立平衡包围盒树,通过遍历包围盒树组成任务树,采用流水线技术遍历任务树来加速碰撞检测。该算法同时应用了多线程技术,能运行于单处理机和多处理机。     

一种改进的动态OBB层次结构碰撞算法

在虚拟场景中普遍采用基于OBB包围盒的碰撞检测技术,然而传统算法对于大数据量模型的检测仍然效率不高,难以保证实时性。在分析了OBB及其改进算法的基础上,采用改进的OBB中心计算方法,使包围盒能够更紧密的包围模型,提高碰撞检测的准确性和时间效率。在碰撞检测过程中动态地建立OBB层次结构,减少了时间复杂度和空间复杂度。分析和实验结果证明,改进后的算法在处理一般曲面模型尤其是大数据曲面模型时,碰撞检测的稳定性和效率都有明显提高。