依赖包围盒紧密率及多层建模结构的混合碰撞检测算法

针对复杂环境下物体包围盒选择与更新的低效性,直接导致了碰撞检测时间延长的问题,提出了一种依赖包围盒紧密率及多层建模结构的混合碰撞检测算法。算法首先通过计算比较包围盒紧密率将物体形状分为四类,分别采用Sphere包围盒、轴向平行包围盒、方向包围盒和椭球体包围盒,对两两包围盒进行相交测试,快速准确地剔除不相交的物体。同时,提出三角面片-刚体-模型的多层建模结构的优化方法来构造包围盒树(BVT),减少包围盒树更新时间。最后实验结果表明,相比采用单一包围盒和传统结构的混合包围盒检测算法,该算法能大幅度地缩短相交测试的时间,提高碰撞检测的效率。     

计算粗糙海面与大型舰船复合散射的双向解析射线追踪法

提出了双向解析射线追踪法（bidirectional analytical ray tracing,BART）,对于由面元和边缘建模的复杂目标,在入射方向和散射逆方向分别追踪射线,当前后向两射线束交汇在同一面元（或边缘）上时,构造一项由该面元一次物理光学散射（或物理绕射）和多次几何光学反射构成的多次散射项．用包含相干散射和非相干漫散射的粗糙面元来建模粗糙面环境．并实现双向解析追踪技术,精确计算各面元的照射和阴影．通过与其他计算电磁学方法对比来验证方法的精确性,并对复杂大型舰船目标与粗糙海面复合散射多方位的RCS进行了数值模拟．     

面向飞机虚拟维修的改进混合层次包围盒碰撞检测算法

为提高飞机虚拟维修场景中碰撞检测效率,提出一种混合层次包围盒算法,构建一种新型的双层混合层次包围盒树结构。上层CAABB与下层OBB相结合,相交测试逐步递进,该结构降低树的遍历和粗略检测的时间消耗,并在OBB以分离轴法相交测试前对其相交状态进行预判断,只对相交状态不确定的OBB采用分离轴法,减少精确检测计算。实验结果表明,在飞机虚拟维修场景中,该算法比传统混合层次包围盒算法效率更高。     

海面舰船目标紫外和可见光波段散射特性研究

采用Mote-Carlo方法构造了二维随机粗糙海面.利用海面双向反射分布函数(BRDF)模型计算了海面在紫外和可见光波段的辐射亮度,并与大气传输软件Modtran计算结果进行了对比分析.基于目标表面材料BRDF模型,计算分析了海上某舰船目标分别在紫外和可见光波段对背景辐射的散射亮度,并与海面背景辐射亮度进行了对比.结果表明,在紫外和可见光波段,海面背景辐射对舰船目标亮度的影响可以忽略,探测时间和方位、舰船表面材料、目标形状以及探测波段等因素,共同决定了舰船目标的散射特性,为实现海面舰船目标的多波段实时探测与识别提供一定的参考依据.     

基于AABB递进相交空间的快速碰撞检测算法

针对包围盒在碰撞检测中相交的特点,提出一种将场景中两个相交AABB包围盒的相交部分作为新的子空间,再将子空间中的几何模型重新构造AABB包围盒并进行相交测试的递归碰撞检测方法.该方法从宏观到微观的递归方式可以快速确定两个几何模型是否相交,并且有效避免过多的前期准备工作,诸如:考虑构造AABB二叉树时的叶节点划分终止问题;对原始包围盒进行剖分并构造AABB包围盒层次树时,在存储空间方面的压缩存储问题.实验表明,该方法有效地提高了碰撞检测的效率.     

大范围粗糙海面上舰船与低空目标电磁散射的区域分解计算

提出了电磁波低掠角入射大范围二维粗糙海面上舰船与低空目标双站电磁散射的有限元区域分解方法. 建立了含共形匹配层吸收边界的区域分解法耦合边界条件,用内视法导出了相应的耦合矩阵. 在PC机上未知数求解能力达到百万数量级,对粗糙海面与目标的散射模拟规模远大于已知的快速数值方法. 该方法不仅大幅度节约内存,在运算速度上亦优于未分区的有限元方法. 数值计算同现有的前后向迭代法、广义前后向迭代法作了一致性验证,实现了大范围粗糙海面上舰船与低空目标的双站散射与海况和目标特征参数关系的数值模拟.     

基于空间分解和混合包围盒的碰撞检测算法

针对如何提高碰撞检测的实时性,提出了一种碰撞检测算法.该算法首先利用空间分解确定相邻物体,然后对相邻物体利用层次包围盒方法进行碰撞检测,在包围盒碰撞检测方面,提出了一种新的包围盒混合结构,这种混合结构结合了AABB包围盒相交测试的简单性和k-DOPs包围盒的紧密性.实验结果表明,该算法有效地提高了碰撞检测的实时性.     

基于FDTD的二维舰船RCS的计算

建立以某舰船为参照的艏向与正横向的近似二维模型,基于二维时域有限差分法计算舰船的艏向与正横向在不同频率入射波情况下的雷达散射截面,并根据计算结果对某舰船的雷达隐身特性进行分析．此方法能用于分析现有舰船的电磁散射特性,也能用来预估和优化未来武器系统对目标的电磁散射特性要求,为日后舰船RCS预估计提供依据．     

八叉树空间结构投影的射线物体求交方法

为了提高光线投射算法中射线与物体求交速度,提出一种利用八叉树空间结构在视平面上投影的射线快速求交方法。算法构造平行于视平面的八叉树空间结构,将每个八叉树叶子包围盒沿视点方向投影在视平面上,将视平面划分成若干投影区域。在射线与包围盒求交时,根据射线落在视平面上的位置,确定其所属投影区域,求出与该射线相交的包围盒。实验表明该算法对传统的光线投射算法效率有较大提升。     

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。     

基于κ-DOPs包围盒碰撞检测算法的改进

在基于层次包围盒碰撞检测算法中,参与相交测试的包围盒的数目直接会影响到碰撞检测的速度.针对这一特点,本文利用虚拟环境中对象运动的时空相关性对k-DOPs包围盒树进行优化,通过跟踪上一时间点对包围盒树的遍历过程,确定当前时间点的遍历路径,从而有效地减少遍历过程中包围盒相交的次数,大大地提高了碰撞检测的速度.     

基于动态包围盒树的碰撞检测算法研究

改进了以AABB包围盒为基础的碰撞检测算法.在多物体筛选阶段,利用AABB的构造特性和物体的运动特性,结合一维投影和二维投影来快速排除不可能相交的物体对,为了加快相交测试的速度,在投影测试之前划分坐标轴;在对可能相交的物体对进行进一步检测时,分割物体包围盒寻找可能碰撞的图元,在分割过程中建立动态包围盒树,减少了算法存储空间,有利于物体的更新操作.实现表明,改进后的算法效率有所提高.     

基于改进OBB包围盒的碰撞检测算法

针对车铣复合数控加工仿真碰撞检测精确度低的问题,提出了一种基于改进OBB包围盒的快速碰撞检测算法.该算法基于改进的OBB包围盒算法,利用车铣复合加工仿真碰撞检测的结果,创建碰撞单元组的包围盒及层次包围盒树;通过粗检阶段计算出包围盒树的相交节点集合,计算得到发生碰撞的三角形面片集合;应用回退技术,解得初始碰撞时间及位置.实例验证结果表明,该算法有效提高了车铣复合数控加工碰撞检测的精确度.     

复杂海面电磁散射的修正面元模型

针对合成孔径雷达成像系统中,利用传统面元模型在含泡沫的复杂海面环境下得到的面元后向散射场误差较大,导致成像模糊的问题,提出了一种复杂海面电磁散射的修正面元(MFM)模型。首先建立精确的海水介电模型来计算含泡沫海面介电常数;然后基于Elfouhaily海谱模型生成具体的海面样本,并将其划分成一个个小面元;最后计算出各面元的散射场,将其叠加得到海面样本的散射结果。与实测数据的对比表明,传统面元模型在大入射角时的仿真结果出现衰减现象,而加入泡沫的修正面元模型将使衰减降低近10dB,增强了与实测数据的吻合度。采用MFM模型对海面电磁散射特性及布儒斯特效应进行实验,结果表明:风速对海面布儒斯特效应影响较大,在P波段当风速由4m/s增大至10m/s时,布儒斯特效应减弱85%左右。     

基于圆柱体包围盒母线的快速碰撞检测算法

针对传统平表面包围盒对圆滑表面包围不紧密的问题,提出一种基于圆柱体包围盒的碰撞检测算法.该算法先检测端面圆片相交,再求出两圆柱的相对角度,最后求二者最靠近对方的母线并用于进行碰撞检测.实验测试表明,在对相同柱状形体进行检测时,该方法较传统的平表面包围盒检测方法在速度和精确度上均有明显提升.     

基于随机平行六面体包围盒的碰撞检测研究

为使包围盒更加逼近原模型,提出一种比一般方向包围盒算法更为灵活的平行六面体自适应包围盒算法.使用时间复杂度仅为O(n)的Melkman算法求解凸包,在此基础上调节收敛公式.在保证复杂度相同的情况下,该算法比一般方向包围盒算法的长方体包围盒体积减少约8%;对较复杂的模型就可以用更少的子包围盒逼近,大大减少相交测试的次数,提高了碰撞检测效率.经过复杂度分析和试验论证,对偏球率介于0.3至0.8的模型,该算法响应速度快、碰撞检测效率较高.     

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.     

基于分离轴理论的有向包围盒重叠测试算法

基于分离轴理论,给出有向包围盒（OBB）重叠测试的一个快速算法,讨论了该算法有效测试的几个问题。基于分离轴理论的OBB重叠测试算法能快速计算凸多面体的重叠性,提高了相交测试的实时性。     

基于碰撞检测算法的动态服装仿真研究

针对传统服装仿真方法中的动力学模型生成策略和碰撞检测算法提出了改进。首先采用三角网格代替传统的四方网格,并给出了三角网格的生成算法;然后分别测试出待测点与AABB包围盒和图元的碰撞检测时间;再计算出整个碰撞检测时间开销最小时叶子包围盒中的图元数目;最后以该图元数目来构造AABB碰撞检测树,实现了最优情况计算叶子包围盒图元数量的方法。仿真结果表明,该改进生成算法能够有效地减少了碰撞检测时间。     

交互虚拟装配仿真过程中物体间间隙动态计算方法

提出一种支持实时交互虚拟装配操作中物体间最小间隙的快速计算方法,该方法使用基于层次包围盒模型的最小距离计算快速定位场景中模型间距离最小的一个或一组包围盒,进而确定模型距离最近的目标多边形组群,最终计算最小间隙数值和位置.该方法优点为能够借助虚拟装配系统中动态碰撞检测功能以及并行计算体系完成最小间隙计算.随后将该计算方法集成到DPVAE（Distributed Parallel Virtual Assembly Environment）虚拟装配软件系统,并以某型轿车的底盘装配中间隙动态计算和显示为例进行应用验证.结果表明,该方法能够支持交互虚拟装配仿真中的间隙动态测量与显示.