[发明专利]面向复杂场景实时交互操作的并行碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机应用技术领域的检测方法，具体地说，是一种在复杂场景虚拟仿真中的实时并行碰撞检测方法。

背景技术

几何模型之间碰撞检测是虚拟现实仿真的一个基本问题，仿真中碰撞检测被广泛用于探测对象之间的空间位置关系，如复杂产品设计中的干涉检查、机构运动中的碰撞检查、装配操作中的可装配性检查、虚拟手抓取物体时的手指与物体间相对位置判断；此外精确的碰撞检测信息还用于动力学仿真，如多刚体动力学仿真中碰撞点和侵入深度被用作计算反作用力或力矩的依据。

虚拟环境中几何对象通常是以多边形模型表达的，这类多边形具有如下特征：模型复杂性，外部输入的模型含有大量多边形；数据非结构化，一个几何模型是一个多边形组群，拓扑信息缺乏，且可能含有裂缝、孔洞、T形裂缝等特征。此外无法预测仿真时对象运动，运动完全由用户决定；交用户互操作时碰撞检测需要实时进行。这些因素导致碰撞检测成为虚拟仿真的主要难点之一。目前研究最广泛、最有效的是各类包围盒(Bound Volume，BV)层次树方法，其特点是一个模型对应一个包围盒层次组群(BV-LOD模型)，组群中包含不同精度的包围盒，检测时按照由低精度小数目到高精度大数目包围盒组群的次序进行，精度和速度容易控制，具有较高的计算效率，且可以处理多种具有高复杂度的多面体模型，适用于静态或伪动态碰撞检测。

经对现有技术文献的检索发现，G.Zachmann等在《1st Workshop onSimulation and Interaction in Virtual Environments》(第一届虚拟环境下仿真与交互技术)(1995年)104～113页上发表的“The BoxTree：Enablingreal time and exact collision detection of arbitrary polyhedra”(包围盒层次树：任意多面体间实时精确碰撞检测的有效工具)中提出一种基于轴对齐包围盒(AABB)的碰撞检测方法，该方法特点是两个BV层次树模型变换到一个坐标系，其中一个又要在原来BV基础上构造新坐标系中的AABB包围盒。虽然AABB包围盒之间干涉检查简单，但构造新AABB包围盒时不但消耗时间还扩大了包围盒体积，使得需要检测的包围盒数目增加且降低了精度。且该方法仍为单机运行，无论包围盒生成还是干涉计算均在单机上完成，对100个模型以上的场景仍无法实现实时检测。检索中还发现，S.Gottschalk等在《ComputerGraphics Proc.SIGGRAPH’96》(1996年计算机图形学新加坡年会论文集)(1996年)171～180页上发表的“OBB-tree：A hierarchical structure forrapid interference detection”(OBB树：一种面向快速碰撞检测的层次树结构)中给出一种基于定向包围盒(OBB)的快速碰撞检测方法。该方法在减少碰撞次数上作了研究，但两个OBB包围盒间的干涉检查方法为速度角慢的单一完备方法，且也为单机方法，无法在机群上运行，因此仍不能满足大规模复杂场景实时仿真需求。

发明内容

本发明的目的在于克服当前BV-LOD碰撞检测方法的不足，提供一种面向复杂场景实时交互操作的并行碰撞检测方法，使用基于层次树更新的方法和基于微机和局域网的并行化生成方法，效率比单机完备方法高出10-15倍，能够为复杂场景的实时交互操作仿真应用提供有力支持。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先用基于微机和局域网的并行化生成方法来加快用于碰撞检测的BV-LOD模型(包围盒层次树模型)的生成，接着使用动态确定碰撞检测对方法来减小碰撞检测处理量，然后使用一个基于层次树更新的方法来加快BV-LOD模型间碰撞检测，在检测中使用复合方法加快两包围盒间干涉检测速度；最后使用一个基于微机和局域网并行化碰撞检测流程来加快整个碰撞检测过程，从而完成面向复杂场景中实时交互操作的完整碰撞检测。

所述的用基于微机和局域网的并行化生成方法来加快用于碰撞检测的BV-LOD模型(包围盒层次树模型)的生成，是指：

●多边形与包围盒之间位置关系的实现方法