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《华中科技大学》 2006年
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虚拟环境中物体碰撞检测算法研究

金汉均  
【摘要】: 虚拟环境中物体间的碰撞检测是虚拟现实技术、计算机动画技术、机器人技术等领域中一个极富挑战性的问题,其基本任务是确定虚拟空间中两个或多个物体彼此之间是否发生接触或穿透。尽管针对碰撞检测问题国内外已有了大量的、有价值的、实用的研究成果。但随着虚拟现实等新领域的涌现以及人们对虚拟环境真实性要求和用户交互实时性要求的不断提高,如何有效地提高碰撞检测的速度以保持虚拟环境真实性的问题也日益突出,它也一直是科技工作者研究的热点问题。 本文在对各类碰撞检测算法作出全面了解、深入分析的基础上,针对碰撞检测技术目前存在的问题,分别从三个方面,设计、实现并验证了一组新的碰撞检测算法。 提出了一种检测两静态凸多面体间碰撞方法。该方法利用凸多面体上的任意一点的值可以由凸多面体有限顶点的值表示的特点,将检测两凸多面体间是否发生碰撞问题转化为求目标函数为两凸多面体间最短距离的非线性规划问题,通过计算最短距离值来判断某时刻两凸多面体是否发生了碰撞。此方法不但可以判断两凸多面体间碰撞,而且还可以计算穿透距离,实例证明所提的方法是有效的。将基本遗传算法应用于求解这类问题。在对约束条件处理后,通过设置各种遗传算子,利用基本遗传算法求解,并且与用传统方法计算的结果进行了比较。实例证明遗传算法计算速度快,计算精度高,说明了遗传算法求解此类问题的有效性和快速性。 改进了AABB包围盒层次树的存贮结构。用优化的AABB包围盒层次树来检测变形物体间碰撞。该方法利用包围盒中基本几何体间交互检测方法,将树中的包围盒存贮结构进行了优化,去掉叶结点的存储信息,从算法的空间复杂度上进行了优化,模拟效果证明该方法的快速性。 大部分碰撞检测的算法,都试图减少三角形与三角形之间交互检测数目。本文提出的物体三角形与三角形之间交互检测是从两方面进行了优化。结合DirectX的特点,通过判断一点到三角形平面距离以及是否从三角形内穿过来判断两三角形接触情况,从而简化了三角形面片间交互判断步骤加快了检测速度,模拟效果证明该方法的有效性;通过判断两三角形交线上重叠区域来判断物体三角形与三角形相交的情况,用JAVA语言与VRML语言的结合来描述简化的区域交互判断方法,非常适应于网络环境下物体间碰撞检测。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TP391.9

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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3 肖伯祥;郭新宇;陆声链;温维亮;郭小东;;植物三维形态虚拟仿真技术体系研究[J];应用基础与工程科学学报;2012年04期
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1 赵伟;李立军;陈承收;;基于粒子群优化的随机碰撞检测算法研究[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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8 孙超;增强现实环境下基于手势的自然交互[D];浙江大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 段化鹏;虚拟现实中物理引擎关键技术的研究与应用[D];山东科技大学;2010年
2 常洋;虚拟现实技术在建筑行业中的应用研究[D];郑州大学;2010年
3 杨秀成;六自由度检修机械臂路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 李文;VRGIS中海量数据绘制关键技术与算法研究[D];中国海洋大学;2010年
5 籍成章;潍坊科技学院虚拟校园的设计与实现[D];中国海洋大学;2010年
6 刘文静;基于虚拟现实技术的校园漫游系统[D];中国海洋大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 张艳丽;基于OSG的虚拟化学实验平台的研究[D];郑州大学;2010年
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【二级引证文献】
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2 于海军;马纯永;张涛;陈戈;;基于图像空间的快速碰撞检测算法[J];计算机应用;2013年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨本臣;基于对等网络的WebVR系统关键技术研究[D];辽宁工程技术大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前7条
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4 邵引平;李瑞鹏;;WTK环境下的碰撞检测算法的应用[A];信号与信息处理技术——第一届信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2002年
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 水泳;虚拟现实中连续碰撞检测算法研究[D];中国科学技术大学;2013年
2 王明生;城轨线路三维可视化设计基础理论和方法[D];北京交通大学;2013年
3 孙海波;采煤机3DVR数字化信息平台关键技术研究[D];中国矿业大学;2009年
4 余枫;海上搜救模拟器中近海溢油的实时仿真与可视化研究[D];大连海事大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张纪锁;虚拟现实中混合碰撞检测算法的应用研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
2 王龙涛;基于云计算的碰撞检测算法研究[D];吉林农业大学;2013年
3 黎珍;基于空间域的碰撞检测算法的研究[D];湖南师范大学;2013年
4 王巍;汽车起重机虚拟吊装环境下的碰撞检测算法及应用[D];中南大学;2013年
5 李立军;基于粒子群蚁群的快速碰撞检测算法研究[D];长春工业大学;2011年
6 汤鹏;维修性分析与仿真中的高效碰撞检测算法研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 于奎超;柔性织物碰撞检测算法的研究[D];吉林农业大学;2013年
8 刘翼;三维游戏中碰撞检测算法的研究与实现[D];武汉理工大学;2010年
9 刘晓亚;实时喷泉模型中的碰撞检测算法研究[D];华中师范大学;2011年
10 邵延华;虚拟环境中碰撞检测算法的研究[D];西南科技大学;2010年
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