基于复合层次包围盒的实时碰撞检测研究

针对各种层次包围盒的特点,提出了基于球状包围盒(Sphere)结构与有向包围盒(OBB)的复合层次包围盒的碰撞检测方法。将复合包围盒树分为X、Y、Z层,X层节点为球状包围盒(Sphere)结构,Y层为OBB-Sphere混合结构,Z层为OBB结构。上层节点间的相交测试采用Sphere与Sphere或者OBB的方式,以此快速排除不可能相交的物体;下层节点间的测试采用OBB与OBB的方式保证精确的判定距离较近的物体的碰撞状态。实验通过与OBB算法的性能比较,证明了复合包围盒能有效地应用于复杂场景的实时碰撞检测。     

基于并行的快速碰撞检测算法

提出了一中基于并行的快速碰测算法。该算法面向动态复杂场景采用层次的自适应空间剖分方法建构物体的平衡包围盒树,然后通过并行遍历包围盒树来加速碰撞检测,算法属于ＭＤＭＤ同步并行算法,采用多线程技术实现,在单处理机和处理机上均能运行。     

一种大数据量森林场景组织及其实时绘制方法

针对森林场景建模的复杂性和大数据量等特点,并在对比分析各种场景组织算法的基础上,阐述了采用八叉数结构（Octree）来组织森林场景的流程,提出了层次包围盒＋线性边缘检测的预裁剪算法,并将该算法应用于大数据量森林场景的实时绘制;文中还对实验结果进行分析,得出了八叉树结构对场景不同划分深度对绘制效率影响的规律。实验结果证明层次包围盒＋线性边缘检测的预裁剪算法的具有实用性和通用性等特点,特别适合均匀分布的场景数据的组织和实时优化绘制。     

基于包围盒的碰撞检测算法综述

对基于包围盒的碰撞检测算法中的轴向包围盒法、方向包围盒法、离散方向多面体法、时空包围金法的检测原理和检测效率进行了详细地分析比较。分析结果表明：包围盒的简单性和它包裹对象的紧密性是一对矛盾，包围盒越简单其包裹 紧密性越差，如何更好地兼顾简单性和紧密性成为包围盒法的关键；离散方向多面体是介于轴向包围盒和凸包之间的包围盒，只要合理地选取平行平面对的个数和方向，就可以在碰撞检测的简单性和包裹物体的紧密性之间灵活取舍。研究结论对于虚拟场景的动态建模具有一定的指导意义。     

虚拟场景中自然景物的真实感与实时性的研究

从真实感与实时性两个方面着手，深入研究了虚拟场景中云彩、树木等自然景物的建模及其生成算法。提出了一种基于迭代函数系统ＩＦＳ与颜色溶合的云彩模型及实时生成算法。还采用分枝与高度抽象外形的方法，对树木构造了模型，并提出了实时生成算法。目前，上述两种模型及其算法已采用ＶＣ＋＋语言与ＯｐｅｎＧＬ库函数编程，在Ｉｎｔｅｌ３００微机平台上得以实现，其实时性和真实感效果均较好。     

一种三维虚拟场景自动漫游的快速路径规划算法

针对三维虚拟场景自动漫游的路径规划问题,提出了一种快速路径规划算法：橡皮筋算法。首先,介绍了基于栅格的环境信息表示,场景中的障碍物在场景投影图矩阵中以不同的颜色值表示并求得其绕障包围路线,在此基础上来求得局部避障路径,生成基本路径后用橡皮筋算法进行优化处理,求得从起始点到结束点的一条最优路径。该算法可用于复杂形体和运动物体的实时避障,且具有稳定性好、求解实际问题效率高的特点。     

基于碰撞检测的触觉渲染优化方法

提出了一种基于碰撞检测的触觉渲染优化方法，根据触觉设备的运动状态，在主线程中动态构造一个包围盒，使用方向包围盒（OBB）碰撞检测方法裁减掉大量的不可能“触摸？’到的三角面片集，只渲染可能“触摸’，到的三角面片来。实例分析表明优化后的触觉渲染算法占用时间基本不受场景中三角面片数量的影响，适合虚拟装配场景的触觉渲染。     

一种基于混合包围盒结构的实时碰撞检测的有效方法

有向包围盒(OBB)是一中用于复杂结构刚体模型间碰撞检测的有效方法,但是由于其自身的算法复杂性导致在检测距离较远的模型时检测效率不及轴向包围盒(AABB)或球形盒(Sphere).使用OBB和Sphere的混合包围盒结构的碰撞检测算法,通过使用Sphere与Sphere或Sphere与OBB包围盒之间的检测方法快速剔除了模型距离较远时相交的可能性,通过使用OBB与OBB的检测方法精确检测距离较近的模型之间的相交状态.通过与经典算法OBB的比较试验及其他实验证明对于具有复杂结构的刚体,基于混合层次包围盒结构的算法是一种有效的并且精确的实时碰撞检测算法.     

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。     

一种支持实时地景仿真的数据调度策略

复杂场景的实时绘制是当今图形学的研究热点。针对大型场景的实时绘制,本文提出了一种基于Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ结构的分布并行绘制模型,详细介绍了与模型对应的基于视点的场景数据动态分块策略和动态调度策略,并利用场景数据空间位置的相关性将１＋８＋１６的动态调度策略简化为１＋３＋５策略和１＋５＋９策略。在多武器平台综合防空体系的开发中,应用本文提出的绘制模和数据调度策略,并结合基于视点的ＬＯＤ模型的生成     

面向虚拟环境的场景管理关键技术及其实现研究

研究面向虚拟环境的场景管理关键技术并加以实现。构建了一种能有效描述大规模虚拟环境的场景图和基于该场景图的场景二叉树(SBSP)，以此为基础，实施了场景管理与绘制分离策略。提出一种基于多线程入口的大规模虚拟场景的实时调度方法，该方法由入口根据化身的运动对空间进行实时调度，能避免传统调度方法的复杂的多线程通信。以上述关键技术为核心，利用OpenGL和C 开发了虚拟环境原型InteVRl．0，该系统可实现大规模虚拟环境的场景管理和实时漫游。     

一种协同渲染环境下的场景管理策略

随着计算机图形学和虚拟现实技术的发展,场景的实时渲染逐步成为计算机图形学中一个令人关注的重要问题,而各种高沉浸感虚拟现实环境的出现使得多场景的协同实时渲染成为必要。因此,为实现多场景的协同实时渲染,提出并实现了一个协同渲染环境,并对其中采用的场景管理技术进行研究,采用八叉树和场景树相结合的方法对场景中的静态和动态实体分别进行管理,以此为基础,实施了场景管理与绘制相分离的策略。实践证明,利用这种场景管理的思想,结合通信机制,能实现多场景间的协同实时渲染,从而验证了这种场景管理思想的有效性。     

分布式协作虚拟样机可视化框架

基于微型计算机的分布式协作虚拟样机可视化框架具有低成本、体系结构开放的特点。通过模型对象的层次化设计，利用全局场景和本地场景的概念，不仅能够保证虚拟样机对象分布式渲染的实时性，同时也能够实现分布式系统中对象的同步处理。在可视化框架中，Microsoft DirectX提供了优秀的渲染引擎，CORBA技术在分布式环境中构成系统软总线。实验原型系统验证了DirectX能够在微型机算机上满足虚拟样机的3D渲染需求。     

虚拟地球场景的可视化建模与仿真

从地球自身模型出发,提出了按季风带划分大气云层实现其转动的新方法。为了提高拟真性,探讨了大气散射的成因,研究了大气散射算法并通过GPU编程实现,最后给出了基于多重纹理混合映射的星空背景模型。实验结果表明,这些方法可以大幅提高整个场景的拟真度,同时具备高实时性。可以被广泛地用于空间作战、探测等仿真任务。

Abstract：

Starting from the earth model,a new method was proposed that the rotation of atmospheric could be divided by monsoon belt.In order to improve the fidelity,the reason caused atmospheric scattering was investigated,and the scattering algorithm was studied and implemented by GPU programming.At the end,the star scene model based on multiple texture blending was given.The result of experiment shows that these methods have not only given a substantial increase in fidelity,but also guaranteed real-time rendering.It can be widely used in simulation of space battlefield and exploration.     

基于粒子系统的实时瀑布模拟

提出以线元为基本造型单位并基于动力学原理模拟瀑布的运动轨迹，结合层次包围盒和聚类树技术加速粒子的碰撞检测，并采用逐渐淡化融合的方法模拟水花的消失过程。实验证明该算法模拟瀑布的运动和外观效果真实，在普通的PC平台上利用标准图形系统即可获得实时的绘制速度。     

基于曲面纹理映射的图像对象阴影快速生成方法

在虚拟环境中，对象阴影的轮廓与在光源位置对对象的观察视图相同。通过对图像对象的视图载体进行网格化分割，对每个网格点基于光线跟踪算法计算投影点，基于光源位置计算对象阴影轮廓，从而提出了一种三维地形场景中基于曲面纹理映射的图像对象阴影快速生成方法，并对算法的性能进行了分析。实验表明，在动态光照条件下，该方法在增强对象真实感的同时，能够获得较为理想的场景渲染实时性。     

基于小振幅波理论的浅海波浪建模及动态仿真

提出一种新的浅海波浪建模方法。该方法基于小振幅波理论,通过修改小振幅波波形建立具有尖锐波峰和卷曲波形的浅海波浪模型。对浅海波浪的运动特性进行分析,给出波高和波数的计算方法,并提出一种基于相位分解和累积的波向计算方法以解决任意浅海地形条件下的波浪折射问题。仿真结果表明,该方法生成的浅海波浪,具有较高的绘制速度和真实感,可满足实时视景仿真的应用需求。     

真实场景的生成与实时绘制技术

真实场景的实时绘制是飞行模拟器视景系统开发的一个难点。本文介绍了采用大幅遥感卫星照片和DEM数据生成真实场景和使用IRIS Performer开发工具，实时绘制真实场景的技术，提出了采用区域分割，多精度模型等方法，将大片区域场景分成若干了子块，每块有几层模型的设计思想，提出了基于视步的场景数据动态分块调入与释放策略，应用该方法实时绘制的真实场景已投入飞行模拟训练，获得了满意效果。     

基于Creator/Vega的战场飞行视景系统的实时仿真

战场飞行视景系统基于虚拟现实技术开发，有巨大的军事应用前景，可以实时仿真某一战场区域内的态势，具有真实、廉价、沉浸性强等特点。文中介绍了基于Creator／Vega的战场飞行视景系统实时仿真的关键技术与实现方法。该战场飞行视景系统由地面仿真场景和飞行平视显示仪模型构成，从空域对整个战场态势实时仿真，用户可根据屏幕正前方的模拟平视显示仪中数据的实时变化借助外部设备调整飞行姿态，完成某一具体任务。