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复杂场景中不规则物体的碰撞检测算法设计与实现

王振文  
【摘要】:碰撞检测作为虚拟现实中计算机模拟仿真的关键技术,具有广泛的应用背景及研究意义,高效而准确的碰撞检测能显著提升工程仿真效果,改善各应用背景下用户的仿真体验。本文针对复杂场景中不规则物体数目众多、运动状态相异、尺度规格不一、形状复杂、非均匀分布的特性,设计并实现了一种碰撞检测算法。通过对场景特性分析,提出利用均匀八叉树空间分割所得空间网格及OBB层次包围盒实现算法设计。算法构架主要分为场景预处理及实时检测两部分。预处理过程中,通过对结构复杂的静态大尺度物体进行分解以及对物体所属空间网格定位方式的改进,改善了物体的网格定位精度及排除效果。在实时检测过程中,通过空间网格拓扑结构及投影相交测试实现大量不相交物体对的滤除,遴选得出潜在碰撞对,以OBB层次树遍历相交测试算法实现潜在碰撞对的精确碰撞检测,提升了算法的实时检测效率。对基本三角形几何单元的相交类型进行归纳分类,计算精确的碰撞点,并采用穿透处理算法解决相交物体的穿透回退问题。为了更好地实现算法的工程应用及仿真测试,在此基础上进行了碰撞检测系统的研发设计。以矿井坍塌及山体碎石坠落场景为例,对算法进行了实例验证及对比。实验结果表明,算法具有良好的检测效率和仿真效果,对存在多个不规则物体的复杂场景具有较好的适应性,所得碰撞点可为后续碰撞响应提供可靠数据支持。


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