虚拟环境下运动线缆碰撞检测算法研究与实现

在运动线缆模拟中,碰撞检测及响应处理非常复杂,使得仿真的实时性和真实感难以满足要求.首先建立线缆的质点-弹簧-阻尼模型,然后提出分层精确碰撞检测算法来实现线缆与环境对象的碰撞和线缆自身不同部位的碰撞.第一层利用包围球层次结构快速剔除不会发生碰撞的虚拟对象,并大致确定需要进一步检测的范围;第二层采用精确碰撞检测算法检测线缆与环境对象以及线缆自身不同部位的碰撞.对于线缆自碰撞的精确检测,提出了一种基于轴线段最短距离的检测方法,从而无需直接检测基本几何单元的碰撞,进一步提高了效率.根据线缆的物理特性,进行了碰撞响应处理.在Visual C++与OpenGL平台上对所提算法进行了验证,结果表明,该算法具有较好的实时性与精确性,基本满足运动线缆模拟的需求.     

虚拟环境中碰撞检测算法分析

讲述了碰撞检测的基本算法和碰撞检测领域中经常用到的几大类碰撞检测算法:包围盒层次法、距离跟踪法和空间剖分法,对包围盒层次法中的AABB、包围球、OBB、k-dop算法,距离跟踪法中的Lin-Canny算法、EnhancedGJK算法进行了分析,并利用实验数据比较了各种算法在不同的应用情况下的运算速度,结果显示k-dop算法与EnhancedGJK算法是相对较好的两种算法。     

Vega下带碰撞检测响应视点方式的开发

为满足用户浏览场景时自由控制视点的需要,同时实现视点避碰的功能,剖析了Vega环境中视点的工作原理,介绍了用户自定义运动模式视点的工作流程,开发了具有碰撞检测、能做出正确响应、可键盘控制功能的视点方式,提出了可行的碰撞响应策略。在导弹拦截系统的仿真应用中,该视点方式灵活易用、可操作性好,提高了用户浏览场景时的灵活性,大大增强了用户浏览场景时的真实感和沉浸感。     

复杂虚拟环境下的实时碰撞检测算法

提出了一种共享存储系统的并行碰撞检测算法。利用AABB包围盒的优点来构建任意物体的混合包围盒层次,利用并行模型来并行遍历混合包围盒层次,进一步加速碰撞检测算法。实验结果表明,与现有的经典算法相比,该算法在效率、精确性方面具有明显优势,能够满足交互式复杂虚拟环境的实时性和精确性的要求。     

基于弹簧质点模型的快速逼真的布料模拟仿真

基于弹簧质点模型的布料模拟仿真中,如果弹簧强度过大,会引起布料抖动;强度变小,会出现超弹性现象.为了避免超弹性现象,提出动态约束法限制弹簧的可伸长长度;基于读约束模型还构建一种的不需要更新的层次包围球,加快自碰撞检测.这两种方法的结合,增强了模拟布料的逼真性,加快了布料模拟速度.     

质点-弹簧模型驱动的体数据模型快速变形模拟

探讨三维体数据模型的快速真实感变形模拟和绘制方法。该方法用离散的质点-弹簧模型具有物理真实感地模拟变形过程；利用FFD从离散质点的运动信息插值求得体数据空间任意点的变形；而将重采样和绘制过程融为一体的光线虚拟弯曲技术和光线提前终止技术则避免了将大量无用计算，使变形和绘制速度明显提高；根据局部变形的连续线性特性提出了光照修正算法，算法实现简单，算出的光照浓淡变化具有高的真实感。     

双层弹簧模型驱动的植物叶片运动模拟

提出了一种交互式的植物叶片运动(特别是卷曲和萎蔫)模拟方法.该方法用一个三维骨架结构表示叶片的边缘轮廓,并通过细分的方法生成叶片的网格曲面.在此基础上,构建了一个由层次化弹簧构成的双层质点-弹簧系统,该弹簧系统被用来控制叶片的运动,叶片的卷曲通过收缩上层弹簧来实现,而叶片的萎蔫或展开则通过释放弹簧来驱动.通过提供的交互式界面,用户能够交互地控制该弹簧系统的运动,从而生成各种叶片的运动动画.这种方法已被用来交互地模拟番茄叶片的卷曲过程和黄瓜叶片的萎蔫过程,模拟结果较好地重现了与真实情况相似的叶片运动过程.     

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。     

用于虚拟力觉再现的弹簧-质点力/变形模型研究

为提高虚拟力觉再现的精度与实时性,提出了一种弹簧-质点力/变形模型,它将物体以受力点为中心,沿径向方向分割为呈同心圆分布的弹簧-质点系统。系统中各个质点的相对位移的叠加对外等效为物体表面变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等于物体表面的接触力。该方法由于分割只涉及到发生变形的局部区域,不需要对整个物体进行大量的矩阵运算;进行了基于图像边缘检测的变形测量,推导了模型参数;基于此力变形模型,利用DELTA手控器,进行了柔性物体接触变形以及实时虚拟力反馈的半物理仿真。     

虚拟针灸系统中的人体皮肤变形研究与实现

围绕虚拟针灸仿真中在针灸力作用下皮肤变形效果的各种实现技术进行深入探讨;并结合虚拟人体经络系统中三维人体模型的实际结构的特征,对皮肤三维模型及皮肤受力模型的进行分析,最终在传统表面弹簧模型模型中引入虚拟力弹簧来表现皮肤表面模型的体特征。实验表明该方法即能满足针灸力作用下皮肤效果实时绘制的要求,又能体现皮肤受力作用产生变形的物理意义。     

分布式虚拟环境中碰撞检测研究

分布式虚拟环境中，由于实体和化身通常分布于不同的仿真节点，所以碰撞检测应具有完全性和唯一性，即碰撞对方对一次碰撞应做一次仅且做一次响应。本文在详细分析已有算法不足的基础上，提出了一种改进的算法，它能保证分布式虚拟环境中碰撞检测的唯一性，并能与DR技术混合使用。     

基于虚拟装配的碰撞检测算法研究与实现

快速的碰撞检测对提高虚拟环境的真实性和增强虚拟环境的沉浸感有着至关重要的作用,而虚拟装配环境的复杂性、实时性和精确性又对碰撞检测提出了更高的要求。文中对基于虚拟装配的碰撞检测问题进行了描述,提出了面向虚拟装配的分层精确碰撞检测算法,并对该算法中的面片层碰撞检测算法和精确层检测算法进行了论述,应用结果表明该算法能够满足虚拟装配系统的实时性和精确性要求,为虚拟环境下的装配工艺规划奠定了基础。     

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.     

自行车碰撞事故的动力学响应仿真

基于多刚体动力学计算方法,通过对一起真实汽车碰撞自行车事故的仿真再现验证了模型的正确性,研究了碰撞后自行车骑车人的动态响应和身体损伤。然后分析比较了汽车对自行车不同碰撞速度下,骑车人的动态响应和损伤差别,模拟结果表明碰撞车速高低会影响骑车人身体部位与汽车的碰撞点位置及人体受到伤害的严重程度,以此可为鉴定类似碰撞事故起辅助参考作用。     

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。     

一种三维织物建模与仿真算法

织物三维变形形态的模拟一直是基于物理建模仿真研究的难点之一。针对织物非线性柔性变形的特点,利用粒子系统作为织物模型,结合OpenGL图形接口和Gouraud明暗处理,可以获得较为理想的具有真实感的织物悬垂仿真图表,适用于实时渲染的三维织物及服装CAD系统建模。     

支持组合夹具虚拟组装的快速碰撞检测方法

快速碰撞检测算法是虚拟环境下组合夹具装配设计的关键，针对组合夹具的结构特点，提出了一种基于元件级空间分割与包围盒检测相结合的快速碰撞检测算法（F-CD），通过建立检测区域的分层投影模型（LPM）实现最大限度的减少进行碰撞检测的元件对数，同时避免了建立复杂的层次模型树，降低了系统内存开销，提高检测效率。对LPM的建立和基于分离平面的包围盒干涉检测算法进行了详细的论述，并对算法进行了比较实验与性能分析。