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吉林大学学报（工学版） 2008年第1期38卷 152-157页

作者：赵伟何艳爽吉林大学计算机科学与技术学院长春130012 长春工业大学计算机科学与工程学院长春130012

提出了一种基于并行的碰撞检测算法,主要采用分治策略建立平衡包围盒树,通过遍历包围盒树组成任务树,采用流水线技术遍历任务树来加速碰撞检测。该算法同时应用了多线程技术,能运行于单处理机和多处理机。

关键词：计算机应用碰撞检测并行算法包围盒树分治流水线

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一种快速的基于并行的碰撞检测算法

计算机工程 2008年第2期34卷 78-80,85页

作者：赵伟何艳爽吉林大学计算机科学与技术学院长春130012 长春工业大学计算机科学与工程学院长春130012

提出一种基于并行的碰撞检测算法。该算法主要采用并行算法中的分治策略建立环境中每个物体的平衡包围盒树,通过遍历每两棵包围盒树形成对一任务树的遍历,采用并行算法中的流水线技术,利用划分进程遍历任务树从而加速碰撞检测算法。该... 详细信息

提出一种基于并行的碰撞检测算法。该算法主要采用并行算法中的分治策略建立环境中每个物体的平衡包围盒树,通过遍历每两棵包围盒树形成对一任务树的遍历,采用并行算法中的流水线技术,利用划分进程遍历任务树从而加速碰撞检测算法。该算法在进程中也应用了多线程技术,因而能运行于单处理机和多处理机上。

关键词：碰撞检测并行算法包围盒树分治流水线

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基于AABB包围盒的碰撞检测算法的研究

计算机工程与科学 2010年第4期32卷 59-61页

作者：王晓荣王萌李春贵广西工学院计算机工程系广西柳州545006

利用虚拟空间中对象运动的特性和AABB包围盒的构造特性,改进了基于AABB层次包围盒的碰撞检测算法。传统的该类算法分为两个检测过程,在初步检测过程中,基于运动对象碰撞行为的局部性,改进了原来的排序方法,采用希尔排序。为了提高检测效... 详细信息

利用虚拟空间中对象运动的特性和AABB包围盒的构造特性,改进了基于AABB层次包围盒的碰撞检测算法。传统的该类算法分为两个检测过程,在初步检测过程中,基于运动对象碰撞行为的局部性,改进了原来的排序方法,采用希尔排序。为了提高检测效率,在相交测试之前将检测对象细分,划分测试区域,避免了不必要的相交测试;在对可能相交的对象进行精确检测过程中,基于AABB包围盒的构造特性,对可能碰撞对象的层次包围盒树进行压缩存储,通过减少算法的存储空间来提高算法的检测速度。对算法的两个检测过程同时进行改进,实验表明在检测对象较多的情况下减少了算法所需的执行时间。

关键词：碰撞检测包围盒树相交测试希尔排序压缩存储

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碰撞检测技术综述

计算机工程与应用 2002年第5期38卷 9-11,40页

作者：高春晓刘玉树北京理工大学计算机科学与工程系北京100081

综述了当前出现的各种碰撞检测算法。总体上讲大部分的算法都采用先采样然后进行静态碰撞检测的方法。不同算法采样的方式不同决定了算法的种类,距离预测法或者是时间预测法。减少采样次数,提高静态检测的速度是降低算法复杂度最重要的... 详细信息

综述了当前出现的各种碰撞检测算法。总体上讲大部分的算法都采用先采样然后进行静态碰撞检测的方法。不同算法采样的方式不同决定了算法的种类,距离预测法或者是时间预测法。减少采样次数,提高静态检测的速度是降低算法复杂度最重要的因素。目前研究的重点有层次数据表示法、动态距离跟踪算法、静态检测算法等。

关键词：碰撞检测层次数据表示距离计算包围盒树机器人

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基于并行的快速碰撞检测算法的研究

计算机应用与软件 2008年第4期25卷 48-50页

作者：熊玉梅曾宪文陈一民上海电机学院计算机系上海200240 上海大学计算机工程与科学学院上海200072

为了提高检测速度,提出了一种基于并行的快速碰撞检测算法,该算法首先将任意多面体的剖分为多个四面体,然后对四面体进行并行碰撞检测,并通过建立包围盒树进一步提高算法的效率,并行算法采用基于MPI库方式来实现。结果表明,该算法显著... 详细信息

为了提高检测速度,提出了一种基于并行的快速碰撞检测算法,该算法首先将任意多面体的剖分为多个四面体,然后对四面体进行并行碰撞检测,并通过建立包围盒树进一步提高算法的效率,并行算法采用基于MPI库方式来实现。结果表明,该算法显著提高检测速度并具备较高精度。

关键词：碰撞检测并行包围盒树 MPI库

虚拟膝关节镜手术中手术器械的运动控制与碰撞检测

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虚拟膝关节镜手术中手术器械的运动控制与碰撞检测

作者：魏杰国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的发展,虚拟现实技术也取得了很大的进步。在医学领域虚拟现实技术被用来构造虚拟的人体,并对其进行各类手术模拟。这为医生进行手术练习提供了一个理想的方法,我们将这种方法称为虚拟手术。虚拟手术系统涉及诸多研究领... 详细信息

随着计算机技术的发展,虚拟现实技术也取得了很大的进步。在医学领域虚拟现实技术被用来构造虚拟的人体,并对其进行各类手术模拟。这为医生进行手术练习提供了一个理想的方法,我们将这种方法称为虚拟手术。虚拟手术系统涉及诸多研究领域,如计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、力学、机器人学、医学等等,是一个具有挑战性的课题。虚拟手术系统必须具有很高的仿真度。那么在一个场景中,模型除了在外观上要仿真外,还要使使用者能够像操作真实对象一样控制其运动。当存在多个模型的时候还要考虑有碰撞现象的发生。因此,研究模拟手术中的手术器械运动控制与碰撞检测技术变得尤为重要。本文就运动控制问题,从图形学的角度,分析了三维模型的运动变形原理,即使用变换矩阵对模型的关键点进行变换。根据运动变换的特点,将运动分解为平移和旋转两部分,结合虚拟球的自由旋转模型,提出了适合在OpenGL环境下实现手术器械模型运动的方法,可实现模型的六自由度运动。对于模型的碰撞检测问题,目前层次包围盒法是一种常见的处理方法。其目的是尽量减少参与检测的几何体数量,以及尽可能的降低参与检测的几何体的复杂度,用最少的计算次数和最低的难度来实现两模型间的碰撞检测。本文使用的是最外层特定包围盒与AABB包围盒相结合的层次包围盒方法。结合虚拟手术中具体手术器械,给出了包围盒树的构建、更新和算法流程等,并针对构成模型的基本几何体(三角形)进行了相交检测方法的说明。最后对于文章中的工作进行了总结,并根据存在的问题提出了初步的展望。

关键词：虚拟现实虚拟手术几何模型实时控制碰撞检测层次包围盒包围盒树

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虚拟驾驶模拟系统交互技术研究

虚拟驾驶模拟系统交互技术研究

作者：孙立梅北方工业大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实和人机交互的不断发展,虚拟驾驶模拟系统越来越受到人们的密切关注。虚拟驾驶模拟系统中的交互技术成为虚拟现实和人机交互领域内研究的热点和难点。传统的虚拟驾驶中只用鼠标、键盘等设备完成交互,操作方式枯燥、趣味性不... 详细信息

随着虚拟现实和人机交互的不断发展,虚拟驾驶模拟系统越来越受到人们的密切关注。虚拟驾驶模拟系统中的交互技术成为虚拟现实和人机交互领域内研究的热点和难点。传统的虚拟驾驶中只用鼠标、键盘等设备完成交互,操作方式枯燥、趣味性不够。为了实现真实感强、互动效率高、沉浸性好的具有先进交互方式的虚拟驾驶模拟系统,本文采用了真实车辆驾驶的方向盘、刹车等交互设备,主要研究了基于方向盘、刹车等设备的交互技术,设计并实现了一款具有先进交互方式的虚拟驾驶模拟系统。本文的主要研究成果如下： (1)针对虚拟汽车转弯便捷性问题,研究并提出了基于转向阻力矩的方向盘交互方法。通过底层硬件驱动对方向盘转角信号进行实时采集,并将转角信号传送给虚拟驾驶模拟系统;根据实际方向盘转向阻力矩计算出对应虚拟汽车转向阻力矩;根据虚拟汽车转向阻力矩计算汽车转弯角速度;计算汽车转弯后的位置信息和朝向信息,完成虚拟汽车转向。实验验证表明,本文研究的基于转向阻力矩的方向盘交互方法是可行有效的。 (2)针对虚拟驾驶过程中刹车减速及停车问题,研究并提出了基于牛顿运动定律的刹车交互方法。通过底层硬件驱动对刹车信号进行实时采集,并将刹车信号传送给虚拟驾驶模拟系统;根据汽车的当前行驶速度,计算出踩下刹车踏板时汽车受到的刹车阻力;根据刹车阻力降低当前速度;根据踩下刹车踏板时汽车轮胎的位置、轮胎摩擦系数等,计算出刹车痕迹的位置和强度;根据刹车痕迹的位置和强度,将刹车痕迹融合到地面上;最终将三维场景呈现到大屏幕上。实验验证表明,本文研究的基于牛顿运动定律的刹车交互方法是可行有效的。 (3)针对虚拟汽车与障碍物间的碰撞问题,研究并提出了基于包围盒树的碰撞检测方法。首先,构建方向包围盒树。根据穷举法计算物体模型凸包;根据物体模型凸包上的顶点坐标,计算出凸包的中心点、表面积和总面积;根据三角形面积加权法计算出包围盒的中心点;对几何模型分解成多个部分,构建包围盒树;根据概率论理论计算协方差,确定包围盒的方向。然后,采用基于分离轴的碰撞检测方法对所构造的包围盒进行碰撞检测。实验验证表明,本文研究的基于方向包围盒树的碰撞检测方法是有效可行的。 (4)设计并实现了基于方向盘、刹车等先进交互设备的虚拟驾驶模拟系统。为更好的提供用户使用的真实感和愉悦性,本文主要设计并实现了模型加载、视景仿真、场景交互、碰撞检测、音频特效等五个重要模块,最终完成基于方向盘、刹车等先进交互设备的虚拟驾驶模拟系统。系统运行效果表明,本文设计的虚拟驾驶模拟系统运行效果良好。

关键词：虚拟现实驾驶模拟系统转向阻力矩方向盘交互包围盒树

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虚拟手术中碰撞检测技术的研究

虚拟手术中碰撞检测技术的研究

作者：涂炜旻哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

虚拟手术技术作为计算机辅助医疗的一个重要组成部分在手术规划与治疗、手术训练以及术中导航和监护中发挥着越来越广泛的作用。虚拟手术及其他一些虚拟现实系统中的一个重要问题就是碰撞检测问题，其目的就是让虚拟的人体及器官和虚拟... 详细信息

虚拟手术技术作为计算机辅助医疗的一个重要组成部分在手术规划与治疗、手术训练以及术中导航和监护中发挥着越来越广泛的作用。虚拟手术及其他一些虚拟现实系统中的一个重要问题就是碰撞检测问题，其目的就是让虚拟的人体及器官和虚拟手术场景中的物体具有真实物理特性，以达到虚拟空间下强烈的真实感。然而，低效率的实时碰撞检测方法大大制约了虚拟手术这项先进技术的继续发展。本文阐述了虚拟手术中遇到的碰撞检测问题的主要特点，并通过理论分析，给出了在层次包围盒法的基础之上利用新的k-Dops包围盒模型进行碰撞检测的方法。针对层次包围盒模型，本文设计了包围盒的二叉树结构，并给出了包围盒树的结点分裂方法，同时也给出了用于实时检测的包围盒交叠测试算法。本文通过搭建碰撞检测的仿真平台对虚拟手术场景中的物体进行了碰撞过程的仿真，在试验仿真的结果中比较了各种包围盒模型的优劣，分析并进一步归纳出影响碰撞检测性能的一些主要因素。根据对比试验结果，本文提出了面积加权均值的分裂点选取方法，同时对包围盒树构造算法进行了优化，进一步提高了碰撞检测的效率。

关键词：碰撞检测层次包围盒法包围盒树 k-Dops

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基于混合包围盒的碰撞检测算法优化

计算机工程 2012年第9期38卷 285-287页

作者：姜晓路刘渊江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 江南大学数字媒体学院江苏无锡214122

为提高复杂场景中碰撞检测的效率,提出一种传统混合包围盒碰撞检测算法的优化算法。从数据结构上对混合包围盒树进行改进,引入时空相关性概念,将包围盒树分为上下2层结构,上层采用包围球,下层采用轴向包围盒,构造混合层次包围盒树,实现... 详细信息

为提高复杂场景中碰撞检测的效率,提出一种传统混合包围盒碰撞检测算法的优化算法。从数据结构上对混合包围盒树进行改进,引入时空相关性概念,将包围盒树分为上下2层结构,上层采用包围球,下层采用轴向包围盒,构造混合层次包围盒树,实现物体的快速碰撞检测,利用碰撞检测的时空相关性,简化树的搜索过程。实验结果表明,与传统的混合包围盒碰撞检测算法相比,该算法具有较好的碰撞检测性能。

关键词：碰撞检测混合包围盒包围球时空相关性包围盒树

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包围盒方法在虚拟手术碰撞检测中的应用

包围盒方法在虚拟手术碰撞检测中的应用

作者：崔树娟青岛大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实技术的不断发展，碰撞检测问题越来越受到人们的重视，因为实时而精确的碰撞检测对于提高虚拟环境的真实性及增强其沉浸感具有重要的作用。虚拟手术仿真是虚拟现实技术在医学的一个重要应用，它可以为医务人员提供一个训练... 详细信息

随着虚拟现实技术的不断发展，碰撞检测问题越来越受到人们的重视，因为实时而精确的碰撞检测对于提高虚拟环境的真实性及增强其沉浸感具有重要的作用。虚拟手术仿真是虚拟现实技术在医学的一个重要应用，它可以为医务人员提供一个训练的平台，分析手术方案的可行性。在虚拟手术中，不但要求通过力反馈装置与虚拟人体器官进行实时交互，而且要实时显示人体器官的变形，而碰撞检测是计算人体器官变形的先决条件;也只有根据碰撞检测的结果，才能准确的计算人体组织的变形。因此碰撞检测在手术仿真的整个过程中起着极其重要的作用。虚拟现实技术中使用的碰撞检测方法主要有层次包围盒方法和空间分解法，这两种方法的目的都是尽可能地减少参与相交测试的对象对或基本几何元素对的数目，从而大大提高碰撞检测的效率。其中层次包围盒方法使用较广泛，它是用体积稍大且几何特性简单的包围盒来近似地代替复杂的几何对象，并通过构造树状层次结构来逼近对象的几何模型，从而在对包围盒树进行遍历的过程中，通过包围盒间的快速相交测试来及早地排除明显不可能相交的基本几何元素对，只对包围盒重叠的部分进行进一步的相交测试。包围盒的类型有多种，其中有些只适用于刚体对象间的碰撞检测，有些既适合含刚体对象也适合用于包含软体对象的碰撞检测。本论文主要研究碰撞检测技术中的包围盒方法，并以其中的AABB包围盒类型为基础，提出了一种层次包围盒方法与包围盒坐标链方法相结合的混合算法，该算法可以提高碰撞检测的效率，并可应用于包含软体的碰撞检测中;同时根据虚拟手术的具体特点，提出了在手术刀切割人体组织时使用基于AABB的包围盒坐标链方法，并分析了该方法与层次包围盒方法相比具有其优越性。最后模拟实现了两个刚体对象间的碰撞检测过程。

关键词：虚拟现实碰撞检测虚拟手术仿真层次包围盒包围盒树包围盒坐标链