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《电子科技大学》 2012年
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基于包围盒的碰撞检测算法的研究及应用

姜光焱  
【摘要】:由于碰撞检测(Collide Detection, CD)是虚拟现实技术(Virtual Reality, VR)中不可缺少的一部分内容,因此随着虚拟现实技术的快速发展,使得碰撞检测在计算机图形学、计算机动画、机器人学等领域成为重要的研究课题。最新研究表明,人们在三维实时交互系统中的实际感知质量,并不取决于系统能否精确模拟物体的运动,而是取决于能否对发生碰撞后的效果进行实时模拟,这就对碰撞检测的实时性提出了更高的要求。 因此,本文在保证碰撞检测精确性的前提下,为了提高碰撞检测的实时性而对碰撞检测算法的一个重要分支--层次包围盒算法进行了深入研究。本文主要的研究内容以及创新点如下: 首先,对碰撞检测的常用算法进行了总结性的介绍,其中重点介绍了层次包围盒方法。通过从各个方面对各种包围盒技术的介绍,总结出它们各自的优劣,从而为后文选择何种包围盒提供了理论依据。 其次,对传统的基于OBB包围盒的层次包围盒树碰撞检测算法--RAPID算法进行了深入研究,并针对RAPID算法中层次包围盒树的结构和OBB包围盒的构造方式进行改进。仿真结果表明:改进算法在双模型仿真场景中可以减少不必要的包围盒求交数目;在多模型仿真场景中可以快速排除掉明显不相交的物体,使得物体间的冗余测试数量减少。因此,和RAPID算法相比,无论是在双模型场景还是多模型场景中,改进算法都具有比较明显的优势。 再次,对传统的基于AABB包围盒的层次包围盒树碰撞检测算法--SOLID算法进行了深入研究,并针对SOLID算法中层次包围盒树的节点进行了存储上的优化。仿真结果表明:和SOLID算法相比,优化算法不仅减少了碰撞检测时间,还极大地节省了内存空间,将它应用于模型较为复杂的仿真场景中能取得更加满意的效果。 最后,将本文对碰撞检测算法的研究成果应用于XXX智能子弹药项目中。仿真结果表明:在保证碰撞检测真实性的前提下,基于AABB包围盒的优化算法能够很好地解决系统仿真中碰撞检测实时性的问题,从而为碰撞检测在实际项目开发中的成功应用提供了一种有效的方法。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.9

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李晨华;汽车驾驶仿真系统碰撞及渲染子系统的研究[D];郑州大学;2013年
2 兰莹;基于曲面之间距离计算的碰撞检测技术研究[D];吉林农业大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 陈学文,丑武胜,刘静华,王田苗;基于包围盒的碰撞检测算法研究[J];计算机工程与应用;2005年05期
2 潘振宽;李建波;;基于压缩的AABB树的碰撞检测算法[J];计算机科学;2005年02期
3 范昭炜,万华根,高曙明;基于图像的快速碰撞检测算法[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年09期
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6 潘振宽,崔树娟,张继萍,李建波;基于层次包围盒的碰撞检测方法[J];青岛大学学报(自然科学版);2005年01期
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9 范昭炜,万华根,高曙明;基于并行的快速碰撞检测算法[J];系统仿真学报;2000年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 金汉均;虚拟环境中物体碰撞检测算法研究[D];华中科技大学;2006年
2 赵伟;基于并行的快速碰撞检测算法研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 高玉琴;三维空间中碰撞检测算法的研究[D];华中科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄松柏;;一种改进的动态OBB层次结构碰撞算法[J];北京石油化工学院学报;2011年01期
2 李秀莉;张树仁;;虚拟装配系统中一种快速碰撞检测方法[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年02期
3 赵艳霞;刘雪梅;;基于VRML的工程制图虚拟模型室的开发研究[J];河南城建学院学报;2011年01期
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9 张翔;廖文和;俞青;戴宁;安涛;;基于OpenGL的复杂多面体模型间距离计算及碰撞检测[J];东南大学学报(自然科学版);2006年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前8条
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4 余烨;刘晓平;;虚拟现实环境中的场景管理技术研究[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集(上册)[C];2006年
5 严宗睿;张为民;孙向军;;海军合同战术仿真系统中的碰撞检测算法[A];全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册)[C];2009年
6 郝晋兵;王重华;;集装箱桥吊仿真训练器及其数学模型[A];上海物流工程学会2003’论文集[C];2003年
7 王重华;郝晋兵;;集装箱桥吊仿真训练器及其数学模型[A];2004年中国机械工程学会年会论文集:物流工程与中国现代经济——第七届物流工程学术年会专辑[C];2004年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 郁松;3D虚拟现实内镜手术仿真关键技术研究[D];中南大学;2011年
3 牟奇锋;空中交通管理中的防撞策略问题研究[D];西南交通大学;2010年
4 熊玉梅;虚拟环境中物体碰撞检测技术的研究[D];上海大学;2011年
5 李艳波;虚拟手术中软组织建模与碰撞检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 杨东梅;基于智能计算的虚拟装配工艺规划及相关技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 李刚俊;基于虚拟现实的冗余度机器人运动规划及仿真研究[D];西南交通大学;2001年
8 罗亚波;基于Internet的图象与建模相结合的虚拟现实关键技术研究[D];武汉理工大学;2002年
9 余湛悦;并行化数控编程和加工仿真关键技术的研究与实现[D];南京航空航天大学;2003年
10 刘金鹏;虚拟现实系统中的物理建模和行为属性问题研究[D];武汉理工大学;2004年
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 叶凯;道路车辆动态模拟[D];郑州大学;2010年
3 申俊华;中期火电开机优化的多核并行算法及其应用[D];大连理工大学;2010年
4 赵元杰;增强现实技术中基于碰撞检测的交互性研究[D];大连理工大学;2010年
5 刘德建;基于引擎模式的三维巷道漫游系统的设计与实现[D];河南理工大学;2010年
6 秦丹;基于3D的多移动机器人仿真系统的研究与设计[D];华南理工大学;2010年
7 邢一思;虚拟手术仿真系统中碰撞检测的研究[D];南昌大学;2010年
8 蒋健勋;面向儿童的人机交互技术研究[D];浙江大学;2011年
9 马华栋;曲面工件超声检测的逆运动学及路径规划研究[D];浙江大学;2011年
10 杨炳祥;实时三维漫游系统中关键技术研究与实现[D];西安电子科技大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 袁智皓;耿军平;金荣洪;范瑜;;基于改进的粒子群算法的二维阵列天线方向图综合技术[J];电子与信息学报;2007年05期
2 田园;万毅;;基于CUDA的并行碰撞检测算法研究[J];甘肃科技;2011年14期
3 毕惟红;任红民;吴庆标;;一种新的遗传算法最优保存策略[J];浙江大学学报(理学版);2006年01期
4 赵伟;何艳爽;;一种快速的基于并行的碰撞检测算法[J];吉林大学学报(工学版);2008年01期
5 任红民,毕惟红,吴庆标;自由曲面之间最短距离的一种新的改进遗传算法[J];计算机工程与应用;2004年23期
6 陈学文,丑武胜,刘静华,王田苗;基于包围盒的碰撞检测算法研究[J];计算机工程与应用;2005年05期
7 边美玲;任建平;;包围盒碰撞检测技术的研究[J];机械管理开发;2008年02期
8 席光,蔡永林;用改进遗传算法求取曲面间最小距离[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年03期
9 杜鹏;唐敏;童若锋;;多核加速的并行碰撞检测[J];计算机辅助设计与图形学学报;2011年05期
10 魏迎梅,王涌,吴泉源,石教英;刚体在软体对象环境中的碰撞检测的研究[J];计算机学报;2001年08期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 赵伟;基于并行的快速碰撞检测算法研究[D];吉林大学;2009年
2 邹益胜;虚拟样机环境下实时碰撞检测算法研究[D];西南交通大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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
2 王小伟;基于多核PC集群的并行绘制系统研究与实现[D];郑州大学;2010年
3 李永胜;虚拟校园中碰撞处理技术的研究[D];郑州大学;2011年
4 马延朋;特殊曲面间的位置研究与距离计算[D];山东大学;2011年
5 刘京;基于OSG的虚拟现实碰撞检测及GPU并行加速[D];河北大学;2011年
6 傅招国;虚拟驾驶系统开发与应用研究[D];华东理工大学;2012年
7 陈俊;车辆驾驶模拟器视景仿真技术研究[D];浙江大学;2012年
8 吴江;驾驶训练模拟器视景控制系统的研究与开发[D];中国农业大学;2002年
9 郭海儒;基于OBB层次包围盒树的实时碰撞检测算法[D];太原理工大学;2004年
10 罗枫;三维网格模型的快速碰撞检测及相交体计算[D];浙江大学;2005年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 石耀斌,张雪兰;一种三维图形视景快速构造和显示方法[J];北京理工大学学报;1999年06期
2 战守义,阎波,宿红毅,王英珍;三维场景的交互仿真技术[J];北京理工大学学报;1998年06期
3 李芙玲,张瑾;碰撞检测技术研究[J];华北科技学院学报;2004年02期
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5 夏云飞;赵伟;;基于模拟退火遗传算法的凸多面体间碰撞检测算法研究[J];长春工业大学学报(自然科学版);2008年01期
6 赵伟;何艳爽;;一种快速的基于并行的碰撞检测算法[J];吉林大学学报(工学版);2008年01期
7 泥宗涛,余英林;基于分层包围盒的连续碰撞检测加速算法[J];计算机工程与应用;2000年10期
8 涂超,颜辉武;碰撞检测技术研究[J];计算机工程与应用;2001年19期
9 高春晓,刘玉树;碰撞检测技术综述[J];计算机工程与应用;2002年05期
10 董峰,王同洋;虚拟环境中的快速碰撞检测算法[J];计算机工程与应用;2003年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 霍滨焱;基于图像空间的碰撞检测算法[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 丁志磊;基于OBB包围盒的快速碰撞检测[D];兰州理工大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 金旻;叶明;刘洪广;;一种基于包围盒技术的机械臂碰撞检测算法[J];机电工程;2008年10期
2 谢剑斌,余理富,郝建新,孙茂印;具有可控细节层次的阴影空间新算法[J];国防科技大学学报;2001年03期
3 王正盛,郭连水,邓家禔;二维CAD系统的显示管理与优化[J];机械设计与制造;2001年05期
4 涂超,颜辉武,王新生;基于光线投射算法实现与三维场景的交互功能[J];昆明理工大学学报(理工版);2001年06期
5 邹承明,钟珞,张蕊,童琪薇;虚拟室内漫游的实现技术[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2005年02期
6 高丽娜;马尧海;;虚拟漫游中的碰撞检测问题的解决方法[J];计算机仿真;2006年02期
7 赵元杰;郭禾;王祎;马晓刚;;增强现实技术中基于碰撞检测的交互性方法[J];武汉理工大学学报;2010年20期
8 杜安红,戴光明,王茂才;简化三维地形中爬行路径的设计[J];计算机工程;2003年22期
9 李文娟;阎光伟;王媛;;三维物体碰撞检测中的包围盒算法[J];中国电力教育;2008年S1期
10 梁鹏帅;;碰撞检测算法的探讨[J];黑龙江科技信息;2010年14期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘强;蔡勋;王攀;;基于节点包围盒的BBIO树构造算法[A];2011年全国通信安全学术会议论文集[C];2011年
2 陈二雷;;加速碰撞检测算法的研究[A];2008通信理论与技术新进展——第十三届全国青年通信学术会议论文集(上)[C];2008年
3 刘晓丹;于婷;孙庆杰;王希辰;;皮影动画角色的骨骼自动生成算法[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(二)[C];2008年
4 赵斌;齐军翰;;“CAXA实体设计2008”应用实例[A];第十届中国科协年会中部地区物流产业体系建设论坛专辑[C];2008年
5 霍星;檀结庆;;基于特征向量的三维模型检索[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集[C];2007年
6 张晓龙;马恩成;夏绪勇;晋娟茹;陈玉林;;钢结构三维模型碰撞检测技术研究及应用[A];工程三维模型与虚拟现实表现——第二届工程建设计算机应用创新论坛论文集[C];2009年
7 祝琼;欧阳清;;潜艇舱室虚拟环境建立中的剔除显示研究[A];中国图学新进展2007——第一届中国图学大会暨第十届华东六省一市工程图学学术年会论文集[C];2007年
8 尹勇;林锦尧;郭国忠;;集装箱吊装模拟器原型机的研究[A];2004防止船舶行事故新经验新技术学术研讨会论文集(下册)[C];2004年
9 昌娅;胡卫明;谭铁牛;;交通视觉监控系统中的三维车辆线框模型可视化算法[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议(CIG’2001)和第一届全国虚拟现实技术研讨会(CVR’2001)论文集[C];2001年
10 刘彬;孙永;高明;马克;李晓诗;;基于OpenGL三维拾取技术研究[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏迎梅;虚拟环境中碰撞检测问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
2 戴光明;避障路径规划的算法研究[D];华中科技大学;2004年
3 王祎;虚拟现实中碰撞检测关键技术研究[D];吉林大学;2009年
4 王天柱;变形物体碰撞检测技术研究[D];吉林大学;2006年
5 邹益胜;虚拟样机环境下实时碰撞检测算法研究[D];西南交通大学;2009年
6 刘宇;基于微分信息的散乱点云拼合和分割[D];华中科技大学;2008年
7 陆济湘;三维物体建模和场景构造技术研究[D];华中科技大学;2010年
8 刘晓利;多视场深度像造型中的若干关键技术[D];天津大学;2007年
9 闵小平;鼻咽癌近距离放射治疗手术计划和仿真系统的关键技术研究[D];厦门大学;2008年
10 邹华;基于可编程GPU的体绘制关键技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙永伟;基于最小包围盒及自适应聚类的三维R~*-树索引结构[D];山东理工大学;2011年
2 崔树娟;包围盒方法在虚拟手术碰撞检测中的应用[D];青岛大学;2004年
3 刘军;虚拟视景系统中碰撞检测算法的理论研究[D];吉林大学;2008年
4 郭海儒;基于OBB层次包围盒树的实时碰撞检测算法[D];太原理工大学;2004年
5 郭小凯;光线跟踪及其加速算法的研究[D];西安电子科技大学;2008年
6 刘丽萍;基于包围盒的自由曲面求交算法研究[D];沈阳理工大学;2008年
7 太欣旺;基于Vega-Diguy的人物仿真模块的设计与实现[D];吉林大学;2008年
8 刘春明;散乱数据曲面重构中数据点的自动分类研究[D];青岛大学;2003年
9 张璐;真实感虚拟场景中光线跟踪算法的应用与改进[D];电子科技大学;2008年
10 包卫卫;多关节检修机械臂避障路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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