计算机与通信学院：毕业设计页眉格式

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1、第4章虚拟环境中碰撞检测研究4.1碰撞检测冋题的提出随着NC程序复杂程度的增加，出错率也必然会随着升高，如何保证数控程序的正确就成为突出的问题。如果程序中存在错误，在加工中就可能发生欠切、过切和刀具与工件、夹具、工作台之间的碰撞和干涉等情况。随着计算机图形技术的发展，采用可视化技术，将刀具轨迹或加工成型过程形彖地在屏幕上表现给操作者，以检查程序的正确性是一个行之有效的较经济的方法。因而碰撞检测问题是虚拟数控车削系统的不可或缺的部分，有效、精确的碰撞检测对提高数控环境的真实性、增强虚拟环境的沉浸感有非常重要的意义。

2、Culley1273从时空的角度给出了发生碰撞的定义：即在某一个时刻方，如果空间中位于h,J,Z,的n个物体6,S2,,s”中,存在一对或多对物体同时占据某块空间，那么就认为发牛了碰撞。碰撞检测和干涉检测问题在机器人学、计算机辅助设计与制造、计算机模拟等领域是经常遇到的问题，引起了国内外学者的广泛关注。近三十年来，研究人员已经在碰撞检测领域屮做了相当多有意义的工作，其中有些工作影响重大。4.2碰撞检测算法的分类碰撞检测算法从时间域的角度可分为静态碰撞检测算法、离散碰撞检测算法和连续碰撞检测算法三类。静态碰撞检测算

3、法是指当场景屮物体在整个时间轴广上都不发生变化时，用來检测在这个静止状态中各物体Z间是否发生碰撞的算法。静态碰撞检测问题在计算几何屮有着广泛的研究，一般对这类算法没冇实时性的要求，但往往对算法精度要求较高曲叭连续碰撞检测算法是指在一个连续的时间间隔［力如内，判断运动物体是否与其他物体相交的算法。连续碰撞检测算法的研究一般涉及到四维时空问题或结构空间精确的建模［3L32>331o但通常计算速度比较慢，尤其是在大规模场景屮无法实现实时的碰撞检测。离散碰撞检测算法则是指在时间轴的每个离散点切…玄上不断地检测场景屮所有物

4、体Z间是否发生碰撞的算法。从本质上说，离散碰撞检测算法在每一时间离散点上可以通过类似于静态碰撞检测算法的方法来实现的，由于算法的时间离散特性，这类算法会存在刺穿现象和遗漏碰撞情况的问题。但其检测过程的快速性能较好地迎合多数应用对实时碰撞检测的需求,所以仍是目前碰撞检测算法研究的重点和热点。从空间域的角度来分，碰撞检测算法大体可分为两大类：一类是基于物体空间的碰撞检测算法；一类是基于图象空间的碰撞检测算法。这两类算法的主要区别在于是利用物体三维儿何特性进行求交计算述是利用物体二维投影的图象加上深度信息来进行相交分析

5、。基于图象空间的碰撞检测算法是一类比较新的碰撞检测算法,它能有效利用图形硬件的绘制加速功能来提高碰撞检测算法的效率。近儿年图形硬件技术的E速发展，图形加速卡在性能不断迅速提高的同时茯至出现了可编程的功能，使得基于图象空间的碰撞检测算法进入了一个新的发展阶段刖。基于物体空间的碰撞检测算法一直是人们研究的重点，已有相当的研究成果。吕秋灵等冏用矢量分析方法较深入地研究了三维空间的三角形网而体相互碰撞检测问题，泥宗涛等泗论述了基于分层包围盒的方法实现加速的连续碰撞检测算法，Schroeders等在文献明中阐述了球休与多边

6、形之间的碰撞检测方法，JoeVan在文献宓中阐述快速准确的球体间的动态碰撞检测算法。4.3虚拟车床加工系统中碰撞检测三角形网格是刻画三维实体的常用方法，在虚拟数控车削系统中，三维实物体模型大部分都是采用三角形网面构成的。在这种以三角形面片刻画实体表面特征的环境中，碰撞检测问题就是判断某i物体的任一三角形是否与其它物体的各个三角形相交的问题。而为了获得较好的真实感，一般來说各个实体的三角形面片数量较大，3.2节的图3-3用OpenGL重构了从Pro/E中导出STL文件，从图中可以看到，刈■一个车床卡盘來说将其离散化

7、为4940个三角形面片时实体表面过渡比较光滑，近似效果比较好。对于整个虚拟加工场景，包括了如机床导轨、主轴箱、尾架、卡盘、刀架等多个物体，若直接进行大量的三角形求交运算，很难滿足虚拟加工的实时性要求。以检测卡盘（离散化为4940个三角形）与刀架（离散化为3816个三角形）Z间的干涉为例，则需要进行上千万次（4940X3816）的三角形求交运算。为此，必须找出一个快速的碰撞检测算法。