虚拟战场环境中典型碰撞问题研究

碰撞、碰撞检测及碰撞响应是虚拟战场环境中非常关键的技术，直接关系到最终仿真的效果。文中根据虚拟战场的特点，对碰撞响应技术进行了研究，深入分析了虚拟战场中常见的几类碰撞问题，重点对虚拟战场环境中导弹对目标或大地的碰撞检测及响应、运动目标与地形的碰撞检测及响应（地形匹配）以及视线的碰撞检测及应用等三个方面的问题进行讨论，并建立了一套科学实用的仿真模型，为解决军事仿真中的碰撞问题提供理论依据。     

面向支撑喉镜下声带手术的虚拟仿真系统

创建了一套具有力感觉的面向支撑喉镜声带手术的虚拟仿真系统,模拟了实际手术中的狭长操作环境,建立了声带、喉镜和手术工具的几何模型。在进一步构建声带物理模型和计算模型的基础上,仿真了声带在虚拟手术工具作用下的粘弹性变形过程,并通过碰撞检测模块的建立,实现了虚拟工具之间"体与体"的碰撞检测。     

基于手指运动方向的动态碰撞检测算法及实现

通过对虚拟手抓握物体时手指运动过程的分析,提出基于手指运动方向的动态碰撞检测算法,在详细描述该算法的基础上,给出算法流程图、算法实现框图和应用实例。针对单个手指与球体的接触过程,将此动态碰撞检测算法和传统的静态碰撞检测算法进行性能测试比较,结果证实该动态碰撞检测算法在总体性能上优于传统静态碰撞检测算法,主要体现在提高了抓握操作仿真过程中碰撞检测阶段的运行速度、解决了抓握操作中以多面体模型之间的碰撞检测仿真实体模型之间的碰撞检测问题。该动态碰撞检测算法并可以推广应用于其他动态碰撞检测仿真。     

分布式虚拟装配环境中碰撞检测方法研究

碰撞检测速度,网络延时和网络带宽对碰撞检测的限制是分布式虚拟装配系统中碰撞检测面临的主要问题.针对上述问题,提出了一种分布式碰撞检测解决方法,并对该方法中的同步方式、碰撞模型生成和几何元素间的相交检测进行了详细论述.应用结果表明该方法的有效性与实时性能够满足分布式虚拟装配的要求.     

数控弯管加工过程仿真中的碰撞检测研究

基于自行开发的导管加工仿真系统(TBS)中导管的分段表示，提出了基于仿真指令的碰撞干涉模型和导管扩展OBB树(XOBB)的碰撞检测算法，碰撞干涉模型剔除了加工环境中明显不参与碰撞测试的物体及导管段，实现了导管加工过程仿真中碰撞检测物体对的初级过滤。导管扩展OBB树把变形导管的碰撞检测问题转化为已成形导管段的碰撞检测问题，避免了导管变形所引起的OBB树结点的重新生成。最后，提出了一种三角形求交的代数方法——基于非线性规划的三角形求交算法。     

虚拟手术中基于最少单元分裂的切割仿真技术

详细论述了虚拟手术中切割仿真技术的实现.虚拟软组织模型由四面体网格构成,四面体分裂算法使用了最少单元分裂法.为了提高算法效率,设计了由顶点、边、面和四面体4种基本单元构成,并且具有相关指针的软组织模型数据结构.详细阐述了最少单元分裂法中每种分裂类型的具体实现,以及解决内部分裂不一致问题的方法.碰撞检测使用了基于空间一致性原则的邻域搜索法.最后给出了使用肝脏模型进行切割仿真的结果.     

一种膝关节镜手术仿真系统

介绍了一种膝关节镜手术仿真系统,主要对系统结构设计、快速碰撞检测、软组织形变和实时力反馈计算等方法进行讨论,提出了基于八叉树分割的坐标轴层次包围盒碰撞检测算法和线弹性有限元半隐式模型,并结合力反馈计算实现了四类膝关节镜手术的仿真。通过应用,表明系统能够满足临床手术训练的需要。     

基于实体行为的动态碰撞检测算法研究

碰撞检测算法的效率对虚拟战场的规模和真实感具有重要影响.提出了基于实体行为的动态碰撞检测方法,利用虚拟实体行为信息来减少静态碰撞检测的频率和次数.采用坐标投影法预测实体间最近可能发生碰撞的时间,有效地减少了每次动态碰撞检测的计算量.分析表明,该碰撞检测算法的计算复杂度与动态实体数目成线性关系.     

基于PRM和经验数据的虚拟人维修操作仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个基于PRM和经验数据的虚拟人维修操作仿真方法。通过对虚拟人形位空间维数的简化和延迟碰撞检测思想的运用,有效提高了仿真的效率;以虚拟人形位空间为采样空间,以人体上肢的力量数据来指导形位空间的采样和维修操作路径的搜索,有效提高了虚拟人维修操作仿真的自然性和逼真性。     

虚拟装配环境下快速碰撞检测方法的研究

碰撞检测算法的效率对提高虚拟装配环境的真实性和沉浸感具有重要的影响。提出了基于分层次剖分的快速碰撞检测方法。该方法通过综合运用空间剖分法和层次包容盒法快速减少需要检测的基本几何元素对数。利用虚拟装配过程的时空连贯性，通过引用模型缓存和冗余面片索引技术减少计算量和内存占用。应用结果表明该方法能够满足大规模虚拟装配环境的要求。     

一种防空导弹毁伤效果评估仿真方法

研究了一种配有激光近炸引信的防空导弹毁伤效果评估仿真方法。以仿真软件Vega为基础,实现了弹目交会的视景仿真;应用碰撞检测技术模拟激光近炸引信的目标探测。并利用包围体方法提高碰撞检测速度,解决了目标遗失问题;通过计算破片击中目标的数量和部位,实现了对导弹毁伤效果的量化评价。在此基础上,开发了"防空导弹毁伤效果评估"仿真软件,并在导弹引信设计中进行应用,验证了算法的有效性。     

基于局部模型的多更新率切削仿真力觉渲染算法

提出了一种牙科手术虚拟现实模拟训练系统的力觉计算方法。为了保证切削仿真的逼真度、力觉计算的快速性和交互稳定性,提出了基于局部模型的多更新率体系架构的计算方案。仿真系统分解为三个不同计算频率的线程,即切削仿真、力觉伺服和图形显示线程。提出虚拟工具和切削工具的概念,实现交互力计算和牙齿三角片网格模型切削变形的协调;基于虚拟工具和牙齿三角片碰撞检测信息构造局部模型,实现力觉设备控制与切削仿真线程的解耦,降低了对切削仿真线程计算频率的要求;利用多线程技术保证图形显示和力觉显示的数据传输和时间同步。针对局部模型更新时的振荡问题,采用改进的恢复时间方法对局部模型进行插值,增强了仿真系统稳定性。基于力觉交互设备Phantom建立试验平台,开发了牙科手术力觉交互仿真软件,通过试验验证了本文算法的有效性。     

采用VR技术的集装箱吊装模拟器原型机的研究

介绍了集装箱吊装模拟器原型机的系统构成。根据拉格朗日运动方程建立了系统的运动模型,并在模型中增加了对集装箱吊减摇系统的仿真。仿真结果表明,所建立的运动模型可以模拟由于加速运动所产生的货物不规则摇摆及在减摇控制装置起作用时,货物摇摆角的收敛情况。尝试采用一种基于层次结构和均衡二叉树的面向对象实时三维碰撞检测技术,实现了虚拟场景的实时碰撞检测。视景系统采用半球形显示系统,满足系统对垂直视场角的要求,具有较强的沉浸效果。     

一个基于启发式分离向量搜索的凸多面体碰撞检测算法

碰撞检测是自然环境计算机模拟的基础,机器人等领域有着广泛的应用,本文提出了一个用于多面体碰撞检测的快速算法HS-jump,HP-jump算法建立了一个有效的检测模型,当两个凸多面体碰撞时,可以快速的报告它们之间碰撞, 当两个物体分离时,该算法提供了一个启发式搜索策略,用于快速的搜索分离物体的分离向量两个分离物体的分离平面的法 向量,与已有的算法相比,HS-jump算法可以更平衡的处理碰撞、分离的情况。     

一种空间战场视景仿真系统的开发

通过分析空间战场地形模型的特点,比较了不同的地形生成算法。提出了一种用纹理简化地形文件LOD(Level of Detail)的方法,并据此创建了适用于空间战场环境的地形模型;针对Vega软件环境中碰撞检测过量占用系统资源问题,设计并实现了一种简化的碰撞检测方法;创建了由多种飞机、雷达、战车等组成的三维实体模型库;在以上几种技术的基础上构建了一个空间战场视景仿真系统。     

水下航行器反舰尾流自导弹道设计与仿真

首次建立了水面目标舰机动条件下的尾流仿真模型，研究了水下航行器对目标尾流碰撞检测的仿真原理，给出了尾流自导逻辑弹道仿真方法，从而完成了水下航行器反舰尾流自导弹道软件系统的研制，仿真应用结果表明，本项研究对于目标几何建模和尾流自导仿真方法研究具有实际应用价值。