三维车削仿真的碰撞检测

在分析了目前碰撞检测主要方法的基础上,研究了三维车削仿真加工过程中的碰撞检测方法.在造型的过程中借助了多边形的概念和B_rep的造型方法;在算法上采用将三维实体间的碰撞检测转化为二维多边形间的重叠性检验;并通过多边形之间的布尔交运算来判定碰撞的发生.实现的平台为自主开发的动态三维车削仿真系统CNCSimu 2.0.仿真实例表明该方法简化了碰撞模型,提高了碰撞检测效率.     

港口起重机视景仿真系统中碰撞检测的应用

碰撞检测是开发港口起重机视景仿真系统的关键技术.基于Vega中碰撞检测原理,通过分析港口起重机视景仿真系统中吊具与虚拟物间的碰撞,确定了港口起重机视景仿真系统中的碰撞检测方法,文章首先选用LOS相交矢量方法,在Lynx界面的Isector模块中设置吊具为集装箱的碰撞目标,并保证集装箱和吊具的Isector类矢量掩码相同,然后在VC++中调用vgIsector函数创建吊具的BUMP碰撞检测实例,并将吊具的BUMP检测方法与吊具角色对象绑定,最后编写吊具无碰撞才运动的条件语句,实时检测吊具周围的虚拟场景.结果表明:应用Vega软件中的BUMP碰撞检测方法可以避免港口起重机视景仿真系统中吊具误穿越现象的发生,应用LOS碰撞检测方法可以提高BUMP方法检测集装箱的准确性.     

一种基于距离聚类的并行碰撞检测算法

针对大量多物体碰撞检测时,碰撞检测效率低的问题,提出了并行碰撞检测技术,采用多进程同时处理,缩短碰撞检测时间,增加碰撞检测效率。针对并行碰撞检测对儿间相互制约的问题,提出了基于距离聚类的方法,该算法将仿真平台中可能发生碰撞的物体归为某一类,不同类物体不会发生碰撞。该算法为每一类分配一个进程,消除了碰撞检测对儿相互制约的问题,提高了碰撞检测效率。此算法适合大规模物体间碰撞检测,规模越大,分类越多,并行碰撞检测效果越明显。     

基于OpenGL的切屑造型及其折断过程的仿真

为了解决切削加工过程中的切屑控制问题,通过计算机仿真技术实现车削加工过程中的切屑控制仿真,首先描述了连续螺旋形切屑形状的参数,提出一种基于开放式三维图形程序标准OpenGL的切屑造型方法,论述了切屑仿真几何模型的构建,以及仿真过程中切屑与障碍物碰撞折断的实现方法.从而实现了对切屑生成、卷曲、折断过程的控制.     

三维仿真场景构建及漫游系统实现

采用视景仿真工具MultiGen Creator和Vega设计并开发了以武汉理工大学为原型的虚拟校园三维仿真漫游系统。三维仿真漫游系统的视觉效果及运动速度与虚拟校园三维场景构建中的多种关键技术相关,在建模中采用了纹理映射技术、LOD技术、布告板技术、减少多边形数量等等相关技术,在实时驱动漫游的过程中,采取了多种人机交互方式以及碰撞检测等等,由此最终实现了三维仿真漫游系统。     

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.     

碰撞检测技术与虚拟坦克仿真训练

虚拟坦克仿真训练作为一个虚拟现实系统,需要研究和解决碰撞检测问题,三维物体间的碰撞检测是实现虚拟现实系统沉浸性的重要问题。在坦克虚拟驾驶模拟器视景系统中,坦克与其它地面车辆、建筑物、树木的碰撞,坦克在战场地形上的跟随地形起伏运动,以及坦克在开炮过程中炮弹击中目标或炮弹落点的检测,归根结底都可以看作是视景中物体与物体之间的碰撞检测。从数学上说,碰撞检测表现为两个多面体的求交问题,数学求解并不成问题,但是,在实时仿真中对碰撞检测算法提出了实时性要求。为满足实时性的要求,很有必要对碰撞检测模型进行优化和简化。     

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.     

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。     

碰撞检测技术与虚拟坦克仿真训练

虚拟坦克仿真训练作为一个虚拟现实系统,需要研究和解决碰撞检测问题,三维物体间的碰撞检测是实档现虚拟现实系统沉浸性的重要问题.在坦克虚拟驾驶模拟器视景系统中,坦克与其它地面车辆、建筑物、树木的碰撞,坦克在战场地形上的跟随地形起伏运动,以及坦克在开炮过程中炮弹击中目标或炮弹落点的检测,归根结底都可以看作是视景中物体与物体之间的碰撞检测.从数学上说,碰撞检测表现为两个多面体的求交问题,数学求解并不成问题,但是,在实时仿真中对碰撞检测算法提出了实时性要求.为满足实时性的要求,很有必要对碰撞检测模型进行优化和简化.     

闭式叶轮铣削加工干涉自修正轨迹规划算法

针对目前绝大部分商用CAD/CAM软件在刀具轨迹规划过程中只能检测干涉碰撞的发生、而无法自动生成无干涉碰撞刀具轨迹的问题,提出了一种干涉碰撞自修正算法.该算法提取避让几何体边界,利用配置空间理论把提取的避让几何体边界映射到二维配置空间中,将三维空间中的干涉碰撞问题转化到二维空间中,并利用空间分区二叉树、多边形偏置等算法,解决了自动修正干涉碰撞处刀具姿态的问题.应用该算法生成了闭式叶轮流道的刀具轨迹,从刀具轨迹规划的效果上看,提出的算法确实避免了闭式叶轮刀具轨迹规划过程中干涉碰撞的发生.     

几何面的层次式虚拟装配碰撞检测方法

为了解决虚拟装配中的碰撞检测问题,提出了一种基于几何面的层次式碰撞检测方法.通过CAD系统和虚拟装配系统之间的数据转换,实现了虚拟环境中零件几何面对象的表达和重构.分包容盒层、空间分割块层、几何面层、面片层进行递进式判断,从而逐步缩小碰撞检测的范围.该方法可以有效弥补传统碰撞检测方法中对零件几何面信息考虑的不足.测试结果表明,该算法可有效提高碰撞检测的效率,而且可直接返回发生碰撞的几何面对,从而为虚拟装配过程中的约束识别提供依据.该方法已在卫星虚拟装配系统中得到成功应用.     

铁路门吊司机仿真培训系统实现的关键技术

三维建模与实时碰撞检测是实现仿真培训系统的两个关键技术。利用3dmax建立几何模型,从3ds文件中导入图形元素,利用OpenGL的几何图元构造三维模型。通过建立包围盒树,采用基于包络树的碰撞检测算法实现碰撞检测。实验结果表明,提出的方法提高了虚拟环境的真实性与内存的利用率,并且能够快速实现碰撞检测,达到实时性要求。     

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。     

Realization Techniques of Virtual Assembly Process Planning System

The key realization techniques of virtual assembly process planning （VAPP） system are analyzed, including virtual assembly model, real-time collision detection, automatic constraint recognition algorithm, cable harness assembly process planning and visual assembly process plan at the workshop. A virtual assembly model based on hierarchical assembly task list （HATL） is put forward, in which assembly tasks are defined to express component assembling operations and are sequentially and hierarchically organized according to different subassemblies, which can perfectly model the construction process of product, And a multi-layer automatic geometry constraint recognition algorithm of how to identify assmbly constraint relations in the virtual environment is proposed, then a four-layer collision detection algorithm is discussed. A VAPP system is built and some simple mechanical assemblies are used to illustrate the feasibility of the proposed method and algorithms.     

三维数字化装配工艺系统的研究

装配工艺规划是一项复杂的任务．传统的计算机辅助工艺规划系统都是二维的,目前国内外尚无成熟的三维数字化装配工艺系统出现．以作者为某工厂开发的“涡轮泵三维数字化装配工艺系统”为例,规划了系统的体系结构,建立了集成化的装配模型,并研究了系统实现中的关键技术．采用几何推理和人工知识相结合的方法进行装配顺序规划,探讨了路径规划和碰撞检测问题,最后实现了三维环境下产品的交互式工艺规划及仿真．     

服装三维造型过程的实现

讨论了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.包括衣片的网格剖分、服装的缝制及场景中服装穿着的模拟.对于二维衣片的网格剖分,应用了正则栅格法,并通过调整边界质点解决衣片的缝制问题;在缝合过程中,对衣片边界质点施加缝合力.达到缝合效果;最后,根据织物的刚性杆约束结构,为模型添加了简单的碰撞检测和碰撞反应以实现简单的着装模拟.     

三维打印中的底层多边形优化

三维打印过程中,底层多边形模型存在着数据点冗余、形状粗糙等问题,造成模型成型效率低,表面模型不光滑,急需要对底层多边形进行优化. 现有的多边形优化算法没有考虑到在三维打印过程从多边形转换为相应的加工指令及加工机构的平滑运行等问题. 为此,本文提出一种新的底层多边形优化算法,该算法利用基于面积最小原则的多边形简化算法来减少多边形顶点数,再通过Hermrite曲线和B样条对多边形进行样条化处理,使多边形边界变得光滑,并对样条化后的多边形顶点进行均匀离散化,使优化后的底层多边形更便于机械指令集的操作. 实验结果证明该算法可以提高底层多边形的质量并满足三维打印的工程要求.     

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。