基于混合包围盒与三角形相交的碰撞检测优化算法的研究与实现

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如今,3D技术在机器人制造、计算机图形学、游戏动画以及虚拟现实等领域被广泛应用。因此几何模型之间的碰撞干涉检测技术在这些领域成为不可或缺的一部分,而且它也是三维矿山的一个热门研究方向。特别是近几年虚拟现实技术发展迅猛,场景的复杂度也随之上升,随之而来的就是现阶段对碰撞干涉检测技术的开发要求也变得越来越高。因而,提高算法实时性与准确性对虚拟现实等领域的研究都有着非比寻常的意义。近几十年的研究中,随着包围盒技术的完善,它逐渐成为应用最为广泛的碰撞检测方法。当包围盒相交时,几何模型才可能彼此相交。常用的包围盒各有优缺点,Sphere包围盒与AABB包围盒的紧密性比较差,但它们的测试速度与更新速度更快,进一步比较,AABB紧密性优于Sphere,同时OBB是一种紧密性和实时性比较好,但更新速度略差的包围盒。综合各种包围盒的优劣势,同时基于对现阶段碰撞检测技术的研究提出一种改进算法,将检测分为两阶段,本文在预处理阶段采用了基于AABB-OBB混合包围盒的碰撞检测算法,并在详细检测阶段采用改进的三角形相交算法进行运算,提高检测的准确性。本文主要从以下几方面展开研究与讨论:(1)总结AABB包围盒与OBB包围盒的优点,本文算法对OBB的构造方式进行改进优化,使之构造和更新更为简单,从而提高检测的效率。(2)在预处理检测阶段,首层采用了 AABB包围盒,这样可以快速排除明显不相交的物体,然后将存在相交可能的物体传送到内层,通过改进优化后的OBB再进行检测。(3)详细检测阶段的算法是在原Moller算法的基础上加以改进优化,首先构造新的基于待测三角形基本元的计算坐标系,在新的坐标系对空间中的三角形基本元进行投影使之降维,转化为二维平面、甚至是一维上的计算问题,从而减少算法总的计算量。最后,利用VB6.0和lionking平台搭建了一个虚拟仿真实验,以检测物体碰撞的时间以及准确性为实验目标,从而验证本文算法的可靠性。实验数据表明,经过优化后算法的效率与其他几种检测算法相比,检测速度大幅提高同时也保证了检测的准确性。
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