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《南昌大学》 2010年
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虚拟手术仿真系统中碰撞检测的研究

邢一思  
【摘要】:随着计算机软硬件相关技术的飞速发展,虚拟现实技术的应用领域也不断扩大,人们对虚拟系统的真实性和交互性等性能也提出了更高的要求。碰撞检测技术是判断虚拟场景中虚拟对象间是否发生相交碰撞的关键技术,精确快速的碰撞检测算法对提高虚拟环境的真实性和交互性,以及增强用户沉浸感等方面起着至关重要的作用,因此碰撞检测问题已成为该领域研究的热点之一。 本文以虚拟手术仿真系统为应用背景,采用经典的AABB层次包围盒碰撞检测算法来解决虚拟手术器械与虚拟人体器官之间的碰撞检测问题。为了进一步提高碰撞检测算法的执行效率,增强虚拟手术仿真系统的真实感及与用户交互的实时性,本文分别从不同的角度对传统算法进行了适当优化。针对软体对象形变后更新较慢的问题,优化算法在包围盒更新前加入了预处理过程,用以缩小包围盒的更新规模;在引入时空相关性概念的前提下,优化算法利用分裂轴排序算法对AABB包围盒进行相交检测,从而减少了算法的时间复杂度;根据AABB包围盒的数学特性,优化算法对AABB包围盒进行了存储压缩,减小了算法的空间复杂度;此外,结合虚拟手术的具体特点,文中引入了手术器械有效作用区的概念,大大缩小了包围盒树的构建规模,并在此基础上采用了基元链表的方法代替传统的包围盒二叉树来对手术器械进行建模,从而有效提高了碰撞检测算法的执行效率。 本文提出的优化碰撞检测算法与传统算法进行了比较,结果表明其在时间和空间的计算上都有了较为明显的改进和提高。文中最后将优化碰撞检测算法应用到一个开发的虚拟手术仿真系统中,仿真结果表明该优化算法完全可行,并且能够有效地提高虚拟环境的真实感和实时交互的能力,是一个较好的碰撞检测算法。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.9

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