碰撞檢測(cè)技術(shù)

2012.02.26碰撞檢測(cè)技術(shù)—XXXXX主要內(nèi)容影響碰撞檢測(cè)的要素2碰撞檢測(cè)的實(shí)例應(yīng)用4碰撞檢測(cè)的方法33碰撞檢測(cè)的概述31碰撞檢測(cè)存在的問(wèn)題35碰撞檢測(cè)的概述在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）、計(jì)算幾何、機(jī)器人和自動(dòng)化、工程分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域都遇到了有關(guān)碰撞檢測(cè)的問(wèn)題，甚至成為其中的關(guān)鍵問(wèn)題。碰撞檢測(cè)的目的主要有三個(gè)：檢測(cè)模型之間是否發(fā)生碰撞，報(bào)告發(fā)生或即將發(fā)生碰撞的部位，動(dòng)態(tài)的查詢模型之間的距離。碰撞檢測(cè)的概述碰撞檢測(cè)的定義：假設(shè)三維空間中有N個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，隨著時(shí)間改變位置和姿態(tài)，碰撞檢測(cè)就是判斷他們之間是否發(fā)生了碰撞。從計(jì)算幾何的角度可以這樣理解碰撞檢測(cè)，如右圖所示。影響碰撞檢測(cè)的要素實(shí)時(shí)性

虛擬環(huán)境中通常包含大量物體，加上物體的形狀復(fù)雜，檢測(cè)這些物體間的碰撞情況是一項(xiàng)非常耗時(shí)的工作，另外虛擬現(xiàn)實(shí)要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶交互，這不僅要求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繪制，而且要實(shí)時(shí)地進(jìn)行碰撞檢測(cè)，表現(xiàn)出碰撞后的變化。影響碰撞檢測(cè)的要素精確度

是采用近似檢測(cè)還是精確檢測(cè)取決于具體的應(yīng)用。

比如對(duì)于環(huán)境漫游系統(tǒng)，一般只要近似模擬碰撞情況，并不要求碰撞檢測(cè)達(dá)到100%精確。

對(duì)于如虛擬手術(shù)仿真，或控制一個(gè)正在修理危險(xiǎn)設(shè)備的機(jī)器人時(shí)，精確性是交互操作的最起碼要求。影響碰撞檢測(cè)的要素模型類別

模型類別是靜態(tài)檢測(cè)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵是解決不同類型模型的相交檢測(cè)問(wèn)題。虛擬環(huán)境中的物體所用的模型可大致分為面模型和體模型兩大類。影響碰撞檢測(cè)的要素檢測(cè)類別

可根據(jù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的如下4種要求來(lái)分析: 1·檢測(cè)是否有碰撞。 2·檢測(cè)碰撞發(fā)生的位置。 3·檢測(cè)物體間的距離。 4·檢測(cè)下一次碰撞將在何時(shí)發(fā)生。 最常見(jiàn)的情況是要求得到前兩個(gè)檢測(cè)結(jié)果，但后兩個(gè)結(jié)果也可運(yùn)用于檢測(cè)碰撞、預(yù)測(cè)碰撞和避免碰撞。影響碰撞檢測(cè)的要素場(chǎng)景特征

場(chǎng)景可按物體的運(yùn)動(dòng)狀況分為靜態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分。動(dòng)態(tài)物體越多，碰撞發(fā)生的概率越大，碰撞檢測(cè)的復(fù)雜程度也就越高。碰撞檢測(cè)的方法包圍盒層次法

該算法的基本思路是用一個(gè)簡(jiǎn)單的包圍盒將復(fù)雜的幾何形體圍住，當(dāng)對(duì)兩個(gè)物體碰撞檢測(cè)時(shí)，首先檢查兩者的包圍盒是否相交，若不相交，則說(shuō)明兩個(gè)物體未相交，否則再進(jìn)一步對(duì)兩個(gè)物體作檢測(cè)，因?yàn)榍?包圍盒的交比求物體 的交簡(jiǎn)單的多，所以 可以快速排除很多不 相交的物體，從而加 速了算法。碰撞檢測(cè)的方法距離跟蹤法

該算法通過(guò)尋找和跟蹤兩個(gè)多面體之間的最近點(diǎn)來(lái)計(jì)算它們之間的距離，顯然當(dāng)距離小于或等于零時(shí)，兩者就發(fā)生了碰撞。碰撞檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例對(duì)于機(jī)器人的控制和規(guī)劃，碰撞檢測(cè)可以幫助機(jī)器人避開(kāi)周圍環(huán)境中的障礙物，是一個(gè)非常關(guān)鍵的部分。游戲中的主角、NPC（非玩家控制角色）、道具等人物與物品之間或物品與物品之間發(fā)生的相互接觸。碰撞檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（包括碰撞檢測(cè)）使受訓(xùn)者在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上真實(shí)體驗(yàn)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、熟悉作戰(zhàn)區(qū)域的環(huán)境特征。虛擬仿真變電站能達(dá)到現(xiàn)狀與模擬相一致的效果，站內(nèi)的巡檢人員在進(jìn)行所屬變電站管轄范圍內(nèi)的所有操作時(shí)都會(huì)涉及到碰撞檢測(cè)技術(shù)。碰撞檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例在道路橋梁視景仿真中，先使用球體覆蓋技術(shù)和檢測(cè)預(yù)判斷來(lái)優(yōu)化檢測(cè)計(jì)算，再使用OBB（有向包圍盒）層次樹(shù)來(lái)進(jìn)行碰撞檢測(cè)，最后得到了理想的效果。服裝參數(shù)化設(shè)計(jì)中的碰撞檢測(cè)屬于靜態(tài)碰撞檢測(cè)，具有精確性和實(shí)時(shí)性的要求，服裝約束系統(tǒng)的有效性也需要維護(hù)。碰撞檢測(cè)存在的問(wèn)題如何在很高的實(shí)時(shí)交互要求下完成對(duì)大量復(fù)雜物體的碰撞檢測(cè)？如何降低算法的復(fù)雜度？如何準(zhǔn)確的獲取到有意義的接觸信息用于處理碰撞檢測(cè)？軟體對(duì)象間的實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)和進(jìn)一步提高算法效率，仍有待進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)[1]宗美玲,童小念.虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的碰撞檢測(cè)實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011[2]鐘帥.談虛擬現(xiàn)實(shí)中的碰撞檢測(cè)問(wèn)題.河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報(bào),2009.11[3]顧文望,陳一民.碰撞檢測(cè)在虛擬仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)工程,2005.02[4]李芙玲,張瑾.碰撞檢測(cè)技術(shù)研究.華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2004.06[5]梁小紅,劉少?gòu)?qiáng).虛擬環(huán)境中的軟體碰撞檢測(cè)技術(shù)綜述.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2006.07[6]周志永,韓勇,李文慶,馬純永,陳戈.虛擬海洋環(huán)境中碰撞檢測(cè)的研究與實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011.04[7]高春曉,劉玉樹(shù).碰撞檢測(cè)技術(shù)綜述.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2002.05參考文獻(xiàn)[8]楊清.3D技術(shù)在變電站仿真教學(xué)中的應(yīng)用.科教導(dǎo)刊,2011.09[9]黃海芳,余宇華.3D游戲中碰撞檢測(cè)的應(yīng)用.中國(guó)西部科技,2008.02[10]陳龍,