基于体纹理的瀑布碰撞检测

与采用层次包围盒的瀑布的碰撞检测不同,采用将地形图元的平面方程,通过实例化技术绘制到体纹理;通过瀑布粒子运动位置对体纹理进行采样,由粒子与平面的距离判断瀑布粒子是否与地面发生碰撞;并根据反射规律决定瀑布粒子碰撞后的运动,绘制出瀑布下落后沿着地表面随着地势流动的效果。实验表明,这种方法能够满足实时性绘制要求。     

海上溢油环岛运动的实时仿真和三维可视化

为完善海上搜救模拟器中的溢油仿真模块,在对海岛附近水域潮流数值模拟基础上,对溢油运动数学模型进行计算,制定溢油与海岛的碰撞检测算法,使用Open Scene Graph纹理烘焙和平面折射技术,实现溢油沿海岛运动的实时仿真与三维可视化.该方案可视化效果逼真,对预测近岸溢油的运动轨迹具有现实意义.     

柔性织物曲面的碰撞检测

碰撞检测是计算机动画领域中的瓶颈问题之一，对该问题的解决直接影响到动画的实时效果。本针对柔性曲面碰撞检测的特点，提出了一种基于二叉树剖分技术，融合层次包围盒技术的碰撞检测方法。该算法，化完整曲面为独立且相关的子区域进行碰撞检测，并构建碰撞体的层次包围盒，采用递归的方法快速定位碰撞区域，再进行精确碰撞检测。算法在做精确检测之前排除了大部分不产生碰撞的元素，并且无需耗时更新层次结构，从而提高了碰撞检测的整体效率。     

虚拟设计中碰撞检测技术的研究

针对目前虚拟设计中碰撞检测系统复杂、速率和精度达不到理想要求的现状,提出一种两阶段碰撞检测算法。该方法粗测阶段采用AABB包围盒进行相交测试,剔除完全不相交的目标物体;精测阶段采用空间投影技术结合z缓存算法对上一步结果的潜在性相交目标进一步测试,获得物体碰撞数据信息,最终完成目标物体的碰撞检测。实验结果表明,该算法检测效率优于传统包围体碰撞检测算法。该技术改进后可实现更精确的碰撞检测。     

面向虚拟环境漫游的快速碰撞检测算法

分析了虚拟漫游中的碰撞检测失真现象，讨论了克服碰撞检测失真的方法，根据漫游碰撞检测精度要求不高的特点，提出了一种虚拟环境漫游的快速碰撞检测算法．该算法采用包围球来代替化身，先通过三次半空间剔除来建立碰撞形体集，再利用化身运动的几何连贯性将碰撞形体集分割成碰撞形体子集，最后通过实施对球与多边形的碰撞检测来计算碰撞点和可移动距离．实验表明，该算法能在基本不降低帧率的情况下对虚拟环境进行漫游，对一个由1796个形体组成的虚拟环境，碰撞检测开关处于开和关两种状态时的帧率分别为13．268帧／s和13．340帧／s．     

基于球面调和函数与距离场的柔性体碰撞检测方法

 针对虚拟现实中柔性体碰撞检测实现的复杂性,提出一种基于球面调和函数（SH）的柔性体距离场碰撞检测方法。该方法利用SH的多尺度特性实现柔性体距离场的快速建立,依据距离场碰撞检测方法实现交互工具与虚拟柔性体的快速碰撞检测,并沿着距离的梯度方向进行柔性碰撞响应的快速估计。结果表明,相对于传统的距离场碰撞检测算法,该方法可大大节省内存占用量并有效实现交互工具与柔性体的碰撞检测,碰撞检测时间在毫秒级范围内,满足柔性体碰撞检测的实时性要求。     

基于GJK的凸体快速连续碰撞检测研究

针对一段时间内的多个运动物体之间的碰撞检测,提出一种基于距离算法(Gilbert-Johnson-Keerthialgorithm,GJK算法)的凸体快速连续碰撞检测算法,该算法主要通过判断一段时间内两物体之间的最小距离是否为零来检测碰撞发生情况。首先利用GJK算法在有限步骤内计算得到最小距离,检测两物体是否发生碰撞;若两物体发生碰撞,进而利用ray-casting算法确定发生碰撞的精确位置,根据环境要求做出相应响应,调整运动物体位置。仿真结果表明,对多个运动物体间的连续碰撞检测,该算法有较高的实时性和准确性。     

钻锚机器人人机安全避碰方法

为解决快速掘进系统中钻锚机器人无法实时监测辅助人员的运动,导致钻机与辅助人员可能发生非期望碰撞的问题,从钻锚机器人控制系统角度出发,提出一种钻锚机器人人机安全避碰方法。首先,基于深度视觉实时获取人体骨骼点图构建辅助人员球扫掠凸体碰撞检测模型,基于钻锚机器人三维模型构建钻机球扫掠凸体碰撞检测模型,并使用深度视觉传感器与钻机行程及角度传感器获取的数据实时更新辅助人员和钻机的碰撞检测模型;其次,针对钻锚作业中多人多钻机的碰撞检测,使用基于层次包围盒的碰撞检测方法在粗略的碰撞检测阶段实时检测与辅助人员距离最近的钻机及最短距离,当最短距离小于安全阈值时进入精细碰撞检测阶段实时计算辅助人员与该钻机的最短距离;然后,在钻机末端建立基于人工势场的虚拟排斥力,当钻机与辅助人员的最短距离小于安全阈值时,钻机末端产生虚拟排斥力,钻机进行避碰运动;最后,通过钻锚机器人人机安全实验验证了该方法的有效性和安全性。结果表明:在钻锚作业中钻机与辅助人员最近距离为0.10 m,大于发生碰撞的最短距离,所提方法可以确保钻机不与辅助人员发生非期望碰撞。     

虚拟视景交互漫游系统的实时碰撞检测方法研究

探讨虚拟视景交互漫游过程中实时碰撞检测的技术问题,针对碰撞检测系统开销很大的问题,提出了预碰撞检测与精碰撞检测相结合的解决方法,并通过对视点的运动参数估计,避免了许多不必要的碰撞预检测,加快了碰撞检测的速度,提高了实时性能．     

一种多关节机械臂运动过程中的碰撞检测方法

针对多自由度机械臂在运动过程中自身会发生碰撞的问题,建立机器人的简化模型(关节为球体,连杆为胶囊体),进而将多自由度机械臂的碰撞检测问题转化为简化后的几何模型(碰撞检测基元)之间的干涉计算问题。将此干涉问题进一步分解,最终转化为两球体之间、两胶囊体之间、球体与胶囊体之间的最小距离求解,并针对空间两胶囊体轴线之间距离计算问题,提出一种精确并快速的碰撞检测方法。将该算法实现并应用于6R串联机器人,最终利用MATLAB和ADAMS联合仿真进行验证。仿真结果验证了该算法的有效性。     

一种基于动态纹理的运动场景可视化方法

为实现大规模角色运动场景的高真实感快速仿真,提出了一种基于动态纹理的可视化方法. 使用基于关节点旋转角的动作迁移方法,获取角色的运动动作;使用基于曲线式骨骼的变形方法,实现运动角色变形;将角色运动过程,通过渲染到纹理技术,生成内容可以实时更新的动态纹理;将角色的动态纹理应用到Billboard上,替代运动角色,实现快速绘制;使用GPGPU(General Purpose on GPU)技术加速角色变形和绘制,进一步提高仿真速度. 对于包含1万个角色的大规模场景,可以实现30FPS的实时渲染,实验结果表明该可视化方法能够快速仿真大规模角色的运动场景.     

基于矢量量化压缩的大规模体数据直接绘制

针对大规模体数据通常不适合于硬件三维纹理加速绘制的问题,使用基于区域分裂的LBG算法对大规模体数据进行矢量量化压缩,使得其压缩编码适合硬件纹理空间大小.并在图形硬件的可编程渲染器中对压缩后的三维纹理体数据进行实时地矢量解码和绘制,在解码过程中通过设定掩码纹理给出了大规模体数据的局部感兴趣区域的体绘制.实验结果表明,在不同压缩比和信噪比下,大规模体数据绘制的图像仍然具有较高的质量且维持高帧速率,绘制性能满足实时交互.     

船舶系泊操纵仿真训练系统中缆绳可视化研究

针对在船舶系泊操纵训练系统的开发过程中,模拟柔性缆绳时存在的效率不高、逼真程度差等问题,提出了采用基于位置动力学(PBD)的方法来描述缆绳的运动情况.在PBD方法的距离约束和弯曲约束的基础上,提出使用长距离附着约束和引脚约束两种约束条件用于模拟缆绳的弯曲、拉伸等效果,改进了PBD方法中对缆绳的可视化模拟效果.长距离附着约束方法可以防止缆绳粒子的过度拉伸.引脚约束方法将两个粒子合并为一个粒子进行计算,以实现缆绳与琵琶头连接的模拟效果.采用考虑摩擦和黏性的连续碰撞检测约束方法,实现了缆绳与操纵仿真训练系统中其他物体的碰撞检测以及缆绳自身的碰撞检测.通过与牛顿法计算效率对比,改进的PBD方法效率更快,精度更高.     

多轴数控加工碰撞问题及其仿真研究

对数控加工仿真及碰撞问题进行分析研究,采用通过对刀具扫掠体包络面与夹具的投影是否相交,来作为预判断,再与传统的精判断刀具离散矢量点法相结合来进行完整的碰撞检测,并且通过仿真中的实时碰撞检测,当刀具与夹具发生碰撞时,使对应部位变成红色,相应代码提示出错误报告以便修正.本文通过SIEMENS NX建模、生成数控加工程序,以整体叶轮在VERICUT仿真中实例验证这种算法的实用性与正确性.     

三维血管介入手术模拟方法

针对血管内介入手术模拟建模与碰撞消除方法存在的不足,提出了一种多体-双层的导管/导丝组合体模型及基于几何分析和旋转角传播的快速碰撞消除方法,并开发了一个实时的三维介入手术模拟系统,模拟导管/导丝在实际血管中的运动行为.该多体-双层模型由若干分段组成,每一分段代表了一段导丝、导管或两者兼有的组合体,导丝和导管的半径定义不同,材料属性不同,但每一分段长度相同.模型的运动通过碰撞检测和消除加以引导,抵达目标位置后对该模型施加松弛过程使其状态与实际状态更加吻合.实验结果表明,导管/导丝模型的运动状态与给定的材料参数密切相关,模拟可以达到实时的要求,方法可靠有效,有望应用于临床.     

一种心脏影像四维动态实时绘制方法

借助心电图门控技术,多层螺旋CT(MDCT)可以采集心脏的跳动信息,但传统的体绘制方法不能满足心脏动态实时重建需求.提出一种采用心电图门控MDCT采集心脏多时相数据,基于图形处理器纹理映射的心脏动态4D实时绘制方法.该方法将采集到的数据、GPU计算获得的材质与光照属性和传输函数数据,分别映射到GPU纹理单元.片元程序实...     

基于HV分割的精确碰撞检测及其应用

为了实现虚拟加工环境中的精确碰撞检测,采用了HV分割的方法以实现三维物体的自动分割,并且在HV分割后很容易地实现包围盒重构,从而对其进行精确碰撞和干涉检测.对于任意两个在虚拟设计环境中的以任意角度旋转的三维物体,采用HV分割均能精确地检测出它们之间的碰撞.该算法在虚拟车削环境中的应用实例可以说明,该算法与传统的包围盒法相比,可更为准确地实现仿真中的碰撞检测.     

基于粒子系统的实时烟雾仿真

 通过对烟雾力场的分析研究,将局部力场和动态力场相结合,用四边形面片代替粒子,采用与纹理结合的方法,让粒子以一定的角速度自转,模拟了烟雾的漩涡、烟雾与障碍物碰撞等场景。实验表明,该方法达到实时性要求,帧率不低于28。     

多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

面向复杂产品交互虚拟装配操作的并行碰撞检测算法

运动对象间碰撞检测是交互式虚拟装配的一个基本问题,提出一种虚拟环境中运动对象间的并行化碰撞检测方法.该方法使用一种并行的、基于区域分割和快速相交校验排序的分解算法来包围盒层次模型,检测计算时依据用户的操作动态决定碰撞检测对以减少检测计算量,同时基于微机和局域网的并行方法来计算模型间碰撞,两个模型间碰撞检测时使用包围盒层次树动态更新方法.随后,以某型汽车底盘虚拟装配时的实时碰撞检测来验证算法性能.结果表明,该方法可以快速建立包围盒层次树模型,并可在交互操作中完成给定精度的实时碰撞检测.