连续碰撞检测算法的研究

【摘要】碰撞检测作为物理系统中重要的一部分被广泛应用于计算机图形学、机器人、CAD/CAM、物理仿真等领域。为了产生物理上的真实感,这些系统要求基本几何元素之间不能发生穿透且要检测出所有的碰撞。传统的离散碰撞检测并不能满足现在对高精度的需求,因此连续碰撞检测成为目前研究的热点。本文对连续碰撞检测进行了系统性的研究,为了提高连续碰撞检测的效率,本文研究了不同包围盒在高层剔除中的效率,在此基础上进一步提出了底层剔除的一些方法。本文的研究内容及创新点如下：本文对碰撞检测算法进行了总结性的介绍,分别分析了不同碰撞检测算法的应用场景。然后重点介绍了不同的包围盒。总结了不同包围盒的优缺点,从而为本文后续的算法中,如何选择包围盒提供了理论上的依据。描述了基于包围盒层次结构的连续碰撞检测算法的整体流程,并用实验比较了不同包围盒技术在连续碰撞检测算法中的应用效果,找出更适合变形三角网格模型的包围盒技术。提出了基于网格拓扑结构的连续碰撞检测算法,该算法有两个步骤,首先根据模型的网格拓扑结构对模型进行优化,把模型中相邻的三角面划分为边相邻和点相邻,使相邻三角面不必执行所有的9对边与边测试和6对点与面测试,其次在进行基本几何元素的准确碰撞检测前,采用给点、边和面添加额外包围盒的方法进一步剔除不相交的几何元素,并且给已做过的基本几何元素测试建立数据库,排除重复计算。该算法可以大量减少不必要元素测试和重复计算,提高了剔除效果。剔除效果提高的同时,该算法也提高了连续碰撞检测的整体性能。提出了基于一维子空间过滤器的连续碰撞检测算法。基本几何元素在三维空间中的相交测试分为共面测试和内部测试。非穿透过滤器是根据在连续碰撞检测整个过程中,若几何元素并不发生共面,则不会发生碰撞。在此基础上本文对其进一步优化,非穿透过滤器只能排除在整个时间区间内不发生共面的基本几何元素对,对于发生了共面的4个点并不能进一步排除。本文使用一维子空间过滤器对发生共面的点与面进行进一步的优化,排除大量的非必要的点与面测试的原理下提出的。实验结果表明,该算法相对于非穿透过滤器,在点与面测试上有更高的剔除效果,是对非穿透过滤器的一个补充。
【作者】张龙涛；
【导师】罗斌；
【作者基本信息】安徽大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】碰撞检测；连续碰撞检测；额外包围盒；底层剔除；网格拓扑结构；一维子空间过滤器；

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