浅论三维游戏引擎中刚体模型的研究与设计

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1、767094分类手：UDC密级：编号：0219402202硕士学位论文三维游戏引擎中刚体模型的研究与设计：≠位申请人：何剑琪孚师姓名及职称：呈苤壹塑墼专业名称：盐苎塑旦垫查二00五争五月八日、，扩一、．4、。{刖。．十『0＼；、f；一ajl，。_、，0，，摘要刚体运动模拟在图形学、仿真、动画和虚拟现实等领域中得到广泛的研究，具有很重要的意义。本文以2003年广东省关键领域重点突破项目：“互联网文化娱乐软件开发”为背景，在参与开发三维游戏引擎的过程中，研究了在三维游戏引擎中实现刚体运动模拟的若干理论与方法，重点研究了刚体碰撞检测与碰撞响应两方面内容。本文考虑到3D网络游戏场景的复杂

2、性与实时性，做了以下几个工作：(1)建立三维游戏引擎中的刚体模型。我们使用形状如一个胶囊的几何模型，在该模型基础上设计碰撞检测算法易于满足实时性要求。我们要模拟刚体的一般运动效果，在本文里根据需要选取适当的物理量来建立简化的物理模型。结合刚体的几何模型和物理模型，建立三维游戏引擎中的刚体模型。(2)设计、实现三维游戏引擎中刚体模型的碰撞检测算法。基于时间的碰撞检测算法一般分为离散碰撞检测算法和连续碰撞检测算法。为满足实时性要求，本文采用离散碰撞检测算法。碰撞检测算法效率的关键是物体间的相交测试检测，本文针对胶囊体设计基于等价类划分的相交测试算法。本文还采用了包围盒方法对算法进行优

3、化。(3)设计、实现三维游戏引擎中刚体模型的碰撞响应算法。要模拟刚体的碰撞响应效果，需要研究基于物理特性的物体运动表示与基本方法。主要的问题是求解碰撞点和接触力。本文给出了碰撞点求解的快速算法，结合前面的刚体碰撞响应算法，在进行碰撞检测的同时求解出碰撞点。同时，使用基于冲量的方法求解出接触冲量。本文整合刚体的碰撞检测算法。碰撞响应算法，再加上刚体一般运动模拟、重力场模拟、摩擦力模拟，完成对简单刚体的运动模拟。本论文的大量工作是在《剑侠情缘网络版Ⅲ》三维游戏引擎的基础上开展的，部分研究成果已应用于三维游戏引擎的演示系统，主要包括：刚体碰撞检测和碰撞响应的实现，在三维游戏引擎中基于物

4、理特性建立了一些简单的刚体运动表示，取得了较好的效果。关键词：三维游戏引擎，刚体模型，碰撞检测，碰撞响应，相交测试AbstractRigidbodydynamicsimulationiswidelystudiedingraphics,simulation，animationandvirtualrealitytechnologiesetc．，andhasgreatsignification．Withthebackgroundof3Dgameengineresearchanddevelopment，thisdissertationmakessomeresearchesonrigidb

5、odydynamicsimulationmethods,mainlyonrigidbodycollisiondetectionandconllisionresponseproblems．SomeachievementsaTeobtainedasf0110w：(1)Arigidbodymodelin3Dgameengineispresented．Weusethegeometricalmodelwhichlikesacapsuleandthepshsicalmodelformedbysomenecesseryphysicalelementstoconstructtherigidbod

6、ymodel．Therigidbodymodelisasimplifiedmodel,itredurcesthetimecomplexitydramaticallyforrigidbodydynamicsimulationon3Dgameengine．(2)Thispaperdesignsarigidbodycollisiondetectionalgorithmin3Dgameengine．Thecomplexityandreal-timepropenyof3Dgameenginebringnewrequirementstocollosiondetection．Soweusead

7、iscretetime-stepcollisiondetectionalgorithm．Andboundingvolumnmethodisusedtoimprovethealgorithmefficiency．Intersecttestisthekeytechniqueofcollisiondetectionproblem．Thispaperdesignstheefficientintersecttestalgorithmforthegeometricalmodel．(3)Thi