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《太原理工大学》 2004年
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次物体模拟的碰撞检测方法研究与应用

吴永栋  
【摘要】:在蹦床运动仿真中,人体是自主运动的,所以首先要实现主物体人体运动的仿真。但是,为了能够给观察者“身临其境”的感受,实现沉浸感强的系统,还需要对蹦床这个不会自主运动的次物体进行模拟。由于采用了人体运动跟踪方法来实现基于实例数据的人体运动模拟后,不需要考虑蹦床对人体运动的影响,所以可以采用非物理的方法模拟蹦床。本论文重点研究了次物体的模拟方法,并取得了如下研究成果: 1) 提出了蹦床的非物理模拟方法 对蹦床这类次物体的模拟传统上都采用物理方法。但在取得了人体实例数据后蹦床的模拟可以采用两种方法,物理模拟的方法和非物理模拟方法。两种方法都可以描述次物体的基本属性。区别在于物理模拟的方式将整个蹦床看为弹簧—质点模型,而非物理方式则将蹦床看为质点网格模型。由于在蹦床仿真中无法确定弹簧的弹性系数、受力大小和受力方向,所以物理方式也是经验相关的。而且物理方式为了满足实时性、稳定性的要求,需要减少质点数目和增加时间步长,但为了提高系统的沉浸感,又需要增加质点数目并减少时间步长。这是物理模拟 太原理工人学硕行研究生学位论文 算法自身的缺陷,所以物理方式不适合用到蹦床仿真中。与此 相反,非物理方式不需要确定弹簧的弹性系数,也不需要判断 人体对蹦床施加的受力大小和方向,而且对质点数目和时间步 长不是特别敏感。所以非物理方式可以很好地增强系统的沉浸 感。非物理方式的一个问题在于无法反馈受力给人体,但由于 我们采用的人体实例数据为捕获的真实数据,无论是否反馈都 不能改变人体的运动,‘所以即使使用物理方式计算出对人体的 反馈力,也是不必要的。也就是说,在基于运动实例数据的人 体模拟的基础上蹦床的非物理模拟方式可以取得很好的模拟结 果,并满足系统沉浸感、稳定性和实时性的要求。 2)基于碰撞检测思想并利用运动实例数据来模拟次物体 由于采用运动捕获的方法可以获得真实、可靠的人体实例数 据’,可以正确反映出实际情况下运动员与蹦床交互后的运动,。 所以,可以充分利用这些实例数据来实现蹦床的模拟。为一了模 拟蹦床,必须获得运动员和蹦床的接触点。这就需要判断运动 员和蹦床接触时刻运动员的姿态。由于运动员在压网的时候有 腹弹,背弹,脚弹等多种姿势。为了确定运动员压网的姿态和 实际接触点,需要对运动员模型和蹦床进行相交判断,而运动 员模型是由很多三角形构成的复杂模型。在每一步都进行这么 复杂的计算是不合适也不必要的,所以需要利用包围盒的思想 通过对运动员构建人体包围盒来减少计算复杂度。由于从BB包 太原理工大学硕十研究生学位论文 围盒具有构造简便,相交判断简单的优点,而且人体在其运动 过程中拓扑结构不会发生变化。 法来进行相交判断。采用AABB 满足系统的实时性要求。 所以本文采用了从BB包围盒方 包围盒后我们的系统可以很好的 3)在vHTramPO 1 1 ne中实现了相关部分的研究 vHTramPoline是奥运科技支持的专项《数字化三维人体运动 的计算机仿真研究》[2001BA904B08],由中科院数字化室虚拟 人合成课题组开发的蹦床运动辅助训练系统。本论文的大量工 作是在VHTrampol ine的基础上开展的,并将成果应用于 vHTrajnp。1 ine系统中。在vHTramp。line中这些相关模块的优点 是:①稳定性好。系统不会出现数值不稳定(病态)现象,这 是由于本文的系统中不需要传统的积分方法,所以不会出现一 般系统中经常会发生的数值不稳定的情况;②速度快。不仅能 够实时跟踪人体的运动,而且能够实时进行碰撞检测,完成蹦 床的状态更新;③生成的蹦床沉浸感强。不同的运动员做不同 的动作时蹦床可以很自然地响应,和真实的蹦床基本相符;④ 容易扩充。如果有新的人体或运动数据,系统不需要任何改动, 可自动满足响应人体运动要求。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP391.9

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【引证文献】
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