虚拟手术中自碰撞检测算法研究

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1、青岛大学硕士学位论文虚拟手术中自碰撞检测算法研究姓名：韩景超申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：潘振宽20080604摘要自碰撞检测是虚拟手术仿真中的重要问题，自碰撞检测的效率是影响虚拟仿真应用真实感和沉浸感的重要因素。本文对自碰撞检测算法进行了深入的研究，主要包括以下几个方面的内容：首先对虚拟现实和自碰撞检测方法的发展与现状进行了阐述，并对自碰撞检测常用的几种空间分割方法：均匀空间分割、八叉树分割和BSP树分割进行了系统的研究，对这几种方法的优缺点及适用范围进行了比较分析。均匀空间分割方法与内含对象的几何特性和拓扑结构变化无关，可以

2、用于变形对象的自碰撞检测，但自碰撞检测的特性使直接使用均匀空间分割法效率较低。本文根据虚拟手术中自碰撞检测的特性，对均匀分割方法进行了优化，主要包括以下几个方面：根据模型基本对象尺度自动计算单元格尺寸；采用空间散列方法，通过哈希函数将单元格映射到哈希表中，减少内存占用；通过曲率测试减少单元格内不必要的邻接基本对象问的相交测试。随后，将所提出的方法应用到虚拟手术仿真实验中，该方法可以适应不同的手术工具，有较好的通用性，是解决复杂环境中变性对象自碰撞检测的有效方法。实验证明该算法在虚拟手术仿真过程中达到了实时性的要求。关键词：自碰撞检测；均匀空间分割

3、；空间散列；变形对象；手术仿真AbstractSelf-collisiondetectionisprettyimportantinVirtualReality,anditsspeedgreatlyinfluencestherealityandillusionofimmersioninvirtualenvironment．Thealgorithmsofself-collisiondetectionalestudiedinthispaperdeeply，whichcontainsthefollowingparts：Firstly,thepresent

4、situationandthetechniquesofvirtualrealityandself-collisiondetectionarereviewedbriefly．ThenseveralcommonspatialsubdivisionalgorithmsincludingUniformSpatialSubdivision,BinarySpacePartitionSubdivisionareinvestigatedsystematically．Next，thesemethodsarecomparedandanylyzed．Algorithm

5、sbasedonUniformSpatialSubdivisionisindependentoftopologychangesofobjects．Itisnotrestrictedtotrianglesasbasicobjectprimitive,butalsoworkwitllotherobjectprimitives．SoitCanbeusedtodetectself-collisionofdeformableobjects，buttheefficiencyofusingUniformSpatialSubdivisionislowlybeca

6、useofthespecialityofself-collisiondetection．Thewriterimprovesthemethodswhichcontainsthefollowingparts：Calculatingthesizeofspatialcubebythesizeofbasicobjectprimitiveautomatically；Spatialhashinghasbeenappliedtospatialsubdivision、forreducingmemoryusing；Curvaturetestinghasbeenapp

7、liedtoavoidunnecessaryself-collisiondetectiontestsbetweenbasicobjectprimitives．Inthefollowingpart，theUniformSpatialSubdivisionalgorithmisappliedtotheexperimentofsurgerysimulation．Andthismethodisalsoapplicabletodifferentsurgicaltools．Itisanefficientalgorithmtosolvecollisiondet

8、ectionproblemincomplicatedscene．Withcertainexperimentsitisprovedthat