基于图像空间的碰撞检测算法

【摘要】：碰撞检测是机器人、动画仿真与虚拟现实等领域中一个非常关键的问题,其基本任务是确定两个或多个物体彼此之间是否发生接触或穿透。尽管针对碰撞检测已有了大量有价值的研究成果,但随着诸如虚拟现实等新兴领域的涌现及随之而来的人们对交互实时性、场景真实性要求的不断提高,碰撞检测技术所面临的问题也日益突出,其中最核心的问题是如何有效地提高碰撞检测的速度。 在对各类碰撞检测算法做出全面了解、透彻分析的基础上,针对碰撞检测技术目前存在的问题,本文详细分析、扩展并验证了一种基于图像空间的实时碰撞检测算法。该算法对如何利用图形硬件的高计算性能,加速碰撞检测过程进行了有益的探索性研究。 算法通过将图形硬件的计算优势和简化的几何模型表示相结合,以实现复杂物体间的实时碰撞检测。算法在继承一般基于图像空间的碰撞检测算法优点的同时,突破了它们的局限性,能够在保证效率的前提下处理任意形状多面体之间的碰撞检测问题。算法首先自动将物体表面分解为凸面片,构建与凸面片相对应的凸包围体,并将凸分解结果合理地组织成层次二叉树结构以有效利用物体的空间连贯性,同时采用三角形带压缩这一绘制加速技术加快碰撞检测阶段的绘制速度。算法在具体绘制操作之前,采用了包围球和OBB包围盒树技术以尽可能早地排除彼此不发生碰撞的凸包围体,并有效利用了OBB包围盒重叠检测的结果以设置视域参数,进一步提高了碰撞检测的效率。该算法还利用基于时空相关性的加速方法改进算法效率。