基于包围盒的碰撞检测算法优化研究-论文.pdf

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1、第6卷第6期清远职业技术学院学报Vo1．6．No．62013年12月JournalofQingyuanPolytechnicDec．2O13基于包围盒的碰撞检测算法优化研究王化掂马黎(商丘职业技术学院计算机系河南商丘476000)摘要：对虚拟场景中碰撞检测技术进行了介绍，对需求分析的三要素：虚拟场景特征、碰撞检测类另1和物体模型类别进行了分析，同时对轴向层次包围盒(AABB)算法、方向层次包围盒(OBB)、基于AABB包围盒与OBB包围盒的混合碰撞检测算法进行了详细的代数推导，列出了详细的推导及优

2、化过程，分析结果表明，此三种算法可应用于不同虚拟场景中的碰撞检测过程，对于降低算法的计算复杂度和提高算法的效率有较好的参考价值。关键词：碰撞检测；包围盒算法；优化中图分类号：0178．1文献标志码：A文章编号：1674—4896(2013)06-0019-041引言须要求及时精确地检测到碰撞的发生和具体的在虚拟场景中，由于场景的移动和人机的交位置。互，场景中物体之间的碰撞现象是不可避免，从而直接影响到用户的沉浸感和虚拟环境的真实感，2碰撞检测相关理论要想解决这个问题，就需要及时的发现和检测到适用于

3、虚拟现实场景中的碰撞检测方法较这些可能出现的碰撞情况，并根据计算得出相应多，但其应用范围和特点略有不同。可以从虚拟场的碰撞结果，从而动态地更新场景。例如：在一个景特征、碰撞检测类别和物体模型类别三个层面虚拟的篮球场中，当球员伸手去触碰篮球的时候，进行具体分析，从而在其中选择合适的碰撞检测系统会在检测到篮球和手之间产生实际接触以方法加以应用。后，进一步去模拟拿到篮球的动作。此时有待解决2．1虚拟场景特征两个问题，一是要及时的检测到碰撞的发生和碰虚拟现实场景按照运动状况可以大致分为两撞产生的具体位置，

4、二是要计算碰撞后产生的结种，即：静态场景和动态场景。根据场景不同，碰撞果。所以，在虚拟场景中碰撞检测是必不可少的检测的计算方式又分为实时动态计算和离线计一个环节。算。静态场景中的碰撞检测可使用离线计算，同时精确性和实时性是碰撞检测过程中的两个必也适用于已知物体运动轨迹的动态场景。但虚拟备条件。实时眭是指检测的速度必须达到特定的场景通常情况下大多是一个实时动态的环境，场要求，才能在用户应用虚拟场景时视觉显示系统景中物体的运动轨迹不具有规则性，因此需要实和触觉交互系统保证稳定。精确性则是指在虚拟时动态

5、的对碰撞过程进行检测计算。如建筑物内场景中若两个物体距离较近或碰撞时，根据具体部漫游场景，场景中以静态对象为主，动态对象相的应用要求，精确或粗略的检测碰撞的发生和计对较少，因此碰撞发生的几率也不高，碰撞检测的算碰撞发生后的结果。例如：虚拟篮球场环境中，复杂程度低。而如模拟驾驶场景，场景中以动态物球员伸手去触碰篮球时，若手与篮球距离较近(在体居多，运动轨迹随机性大，碰撞发生的几率大，某一阀值内)，则可以认为产生了碰撞，只需要粗因此碰撞检测的过程也较为复杂。略的计算碰撞的位置即可。而对于虚拟手术台、虚

6、拟场景中的运动物体有两类，刚体和柔体。虚拟驾驶等对精确度要求较高的应用而言，则必刚体的形状在运动过程中不会产生变化，有旋转收稿日期：2013-10-25作者简介：王化(1982-)，男，河南商丘人，讲师，研究方向为图像处理与分析、虚拟现实技术。19第6期王化晶马黎基于包围盒的碰撞检测算法优化研究总第32期和平移两种运动形式。而柔体在运动过程中则会fOBB)等。发生物体形状的变化，除具有旋转和平移两种运用体积稍大且几何特性简单的包围盒来近似动形式外还有多种运动形式，如变形等。因此虚拟地描述复杂的物体

7、模型是层次包围盒算法的设计场景中柔体的碰撞检测更为复杂。思想。通过对包围盒之间的相交测试来进行物体2．2碰撞检测类别模型问的碰撞检测，并通过使用树状层次结构模根据应用过程中对检测精确性的要求，分为型，模拟对象的几何特性，从而达到减少参与相交精确检测和近似检测两类。也可以根据对碰撞检测试的几何对象的数量，进而提高检测的效率【lJ。测过程中的4个环节进行分析：3．1轴向层次包围盒算法(AABB)①对物体间的距离进行检测在虚拟场景中，通过以下过程对采用轴向层②对物体问是否产生碰撞进行检测次包围盒树结构的

8、物体进行相交检测：首先对两③对物体问碰撞出现的具体位置进行检测棵树的根节点的进行相交判断。若不相交，则未发④检测出现下次碰撞的可能性生碰撞。若相交，则对树结构的全部子节点进行遍2．3物体模型类别历求交判断。其次，若参与相交判断的两个子节点虚拟场景中的物体模型分为面模型和体模型不全为叶节点，则对其所在的包围盒进行相交测两种。体模型使用体元素进行描述，包括物体的内试，若不相交则忽略子节点。若两子节点均为叶节部信息，比较适用于需要表达内部信息的物体上，点，且包围盒相交，则对包围盒内所包含