基于Virtools的虚拟灭火系统碰撞检测设计和实现,这篇碰撞检测论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。
碰撞检测论文参考文献：
摘 要：虚拟仿真灭火培训系统的设计实现基于虚拟现实技术,而碰撞检测是虚拟现实得以实现的关键技术之一.模拟系统设计对AABB包围盒碰撞检测算法进行改进,提出基于Virtools网格的包围盒算法.实验表明,改进后的包围盒算法减少了碰撞检测的误差,提高了模拟系统人机交互的沉浸感.
关键词：虚拟仿真系
；Virtools；碰撞检测；虚拟现实技术
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）14-0174-03
1概述
虚拟现实技术是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域.是它多种技术集合,包括计算机图形学、实时三维技术、广角立体显示技术、动作捕捉技术,以及力反馈、网络技术、语音技术等.使用者通过各种设备与计算机生成的虚拟空间完成各种交互行为,从而实现仿真交互.虚拟仿真模拟灭火系统是典型的虚拟现实系统,基于虚拟现实技术模拟灭火培训全过程；模拟火灾场景,构建真实感强的虚拟场景.在虚拟现实场景漫游中经常要触发的一个动作就是要进行碰撞检测,碰撞检测对增强虚拟场景漫游的临场感起到了至关重要的作用.碰撞检测是虚拟现实领域重要的研究课题.碰撞检测做得好了不易被人注意到,但是做得差了却很容易让人发现,人物经常被卡住不能前进或者人物穿越了障碍.很多研究人员对此开展了系统研究,获得了不少比较成熟的算法,如层次包围盒算法中的AABB算法,OBB算法,还有k-DOP算法等.这些算法的主要关键点就是用形状简单的盒子围住待测对像,以包围盒与其他图形的相交性来检测.这些算法虽然方便快捷,但针对复杂图形的物体误差较大.随着虚拟现实技术的普及和推广,体验者对虚拟仿真的要求也从新奇逐步升级为注重仿真度的体验.用户需求对虚拟仿真的模拟技术提出了舒适度及真实度的更高要求,虚拟仿真技术中采用的碰撞检测算法对于虚拟仿真产品的体验感有相当重要的影响,本文主要针对仿真模型采用的碰撞检测算法是在传统AABB包围盒算法的基础上进行优化,对其不足进行改进.
2碰撞事件处理算法分析
2.1基于球形包围检测法的碰撞检测
在虚拟场景中,为需要检测的物体用一个不可见的球体进行包围,即用球体来替代不规则物体进行碰撞检测.当检测到有包围器发生碰撞时,采取相应措施,以避免碰撞.其实现思路如图1所示.
包围球碰撞检测算法是虚拟仿真碰撞检测最常用的一种基础算法.算法使用球体作为基础包容体,将碰撞检测体进行包围,以包围球的碰撞检测替代三维模型的碰撞检测.包围球碰撞检测算法极大减少了碰撞检测的复杂度,以最小的系统资源满足了实时碰撞的响应速度,但对应的缺点是碰撞检测精度不够精确,误差冗余较大,经常会导致用户的误操作,用户体验度较差.
为了提高基础包围球算法的精度,在基础包围球算法的基础上进行优化,提出了球体树解决方案.球体树算法实际上是依据三维物体层次结構构造一个由基础包围球构成的集合.具体实现方法为：首先分析三维模型的层次结构,根据其层次结构对模型进行拆分；其次对拆分出的三维模型逐个进行碰撞检测球体的包围和绑定；最后依据包围球数组的碰撞检测结果,判断是否发生碰撞检测及碰撞部位.
球体树算法解决了包围球算法的碰撞检测精度问题,缺点是对三维模型的分析和拆分较为复杂,球体树内部碰撞检测判断设定繁琐,不利于技术的普及和推广.
2.2基于AABB检测法的碰撞检测
包围球虽然简单,但用球体来包容一个三维物体,通过上述分析我们可以发现其中存在很多问题.盒子包围法即是对作为碰撞检测对象的球改成长方体,降低了碰撞检测的计算维度,同时也会在布局上紧凑很多.
目前,盒子包围碰撞检测的算法主要有两种,分别是AABB（axis-aligned bounding box）盒包围算法和OBB（Orient Bounding Biox）盒包围算法.
AABB（axis-aligned bounding box）盒子,即轴对齐包围盒,主要用于比较规则的物体进行碰撞检测.算法利用长方体对三维模型进行包围,立方体的每一条边都平行于一个坐标平面且与坐标系的轴垂直,如图2所示.
与包围球相同,针对复杂的三维模型,同样可以构建由包围盒组成的AABB盒子树.由于AABB盒子是一种降低维度的检测计算,所以与包围球检测算法不同的是,AABB盒子树之间的碰撞检测更为优化.对于两个AABB盒子的碰撞检测,我们仅需要在两个维度上对坐标投影进行检测便可以判断两者之间是否有碰撞发生,如果投影重叠表示有碰撞发生,反之则没有发生碰撞,如图3所示.
AABB盒子虽然简单,但是当物体倾斜时,检测盒就会随之变大,一方面增加了系统检测消耗,同时碰撞检测精度也随之下降；当物体发生旋转时,对AABB盒子要进行重新的计算赋值,这时候就必须对物体的整个检测系统重新进行定义,增加了系统负担.
OBB（Oriem Bounding Box）盒子,即是带有方向的包围盒,它是在AABB盒子的基础上增加了方向,使包围盒能有解决任意方向的碰撞检测,主要是对AABB盒子在检测旋转后的模型与其他模型之间的缺点进行强化.
3系统中的碰撞检测设计
3.1设计模型及其包围盒
决定碰撞检测效率及质量的因素,除算法外,还有一个很重要的因素就是场景管理.碰撞检测对系统资源的需求,主要取决于场景中需要监听并解算碰撞的包围盒的数量,即参与碰撞检测的三维模型的数量.高效的场景管理,可以极大的减少当前运行场景中三维模型的数量,从而很大程度上提高系统运行速度及效率.
在场景管理条件相同的情况下,如场景中参与碰撞检测的盒体数量为n,最原始的算法则是需要每帧对每个监听盒体进行逐个比较,即n（n-1）/2次,效率很低.针对碰撞检测再加上时间就更麻烦,于是采取算法简化策略,优化监听对比效率,优化简略代码如下：
结论：关于对写作碰撞检测论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文碰撞检测论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
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