[发明专利]一种基于连续法向锥剔除的柔性场景连续碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机检测技术领域，具体涉及一种基于连续法向锥剔除的柔性场景连续碰撞检测方法。

背景技术

基于三角形网格的连续碰撞检测被广泛应用于不同的技术领域，包括机器人运动路径规划、物理仿真、视频游戏等，它使用匀速线性插值轨迹，检测物体在两个离散位置间可能发生的碰撞情况。

目前应用最广泛的连续碰撞检测方法是利用包围盒层次结构(BVH)，先对整个场景进行包围盒重叠测试，当检测到两个包围盒不相交时，停止遍历该节点的子节点。各种BVH，如球(Sphere)树，轴对齐包围盒(AABB)树，定向包围盒(OBB)树，离散定向多面体(k-DOP)树等，这些层次结构通常采用自顶向下的方法进行构造，被广泛应用于刚体或柔性物体的碰撞检测。对于柔性物体，除了需要考虑包围盒的紧凑性外，包围盒整理和重构的效率也至关重要。图1为AABB、8-DOP和OBB三种包围盒的示意图，对于简单的包围盒，如Sphere、AABB，其整理和构造十分快捷，但紧凑性较差；对于复杂的包围盒，如OBB，虽然较为紧凑，但整理和构造的计算量较大；作为折中选择，k-DOP兼具紧凑性和高效性，因此常被用于柔性物体的包围盒层次结构，但即使使用了最紧凑的包围盒，剔除率仍然不高。

其主要原因在于包围盒测试树(BVTT)中的自碰撞节点，无法使用包围盒重叠测试进行剔除，只能对它进行分解，通过对它的下层节点进行包围盒重叠测试来反推该节点是否有自碰撞产生。对于一个复杂的场景模型，如果BVTT中某个自碰撞节点包含的下层节点的层次数目很多，那么就需要进行大量的包围盒重叠测试才能判断出该BVTT节点是否发生了自碰撞，造成测试的效率和速度低下，同时其检测输出的存在包围盒重叠的叶节点“假碰撞”现象明显，进而加重了接下去精确碰撞检测的计算负荷。

精确碰撞检测过程可分解为15种碰撞情况的检测：6种顶点/三角形之间碰撞检测和9种边/边之间碰撞检测。而每个元素测试则需要计算一个三次方程的根，15种情况需要求解15个三次方程以及一些附加的判断条件，因此这个过程需要耗费大量的计算时间。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于连续法向锥剔除的柔性场景连续碰撞检测方法，通过在包围盒重叠测试阶段，利用法向锥剔除不可能发生碰撞的自碰撞节点，提高了包围盒重叠测试的效率和速度，减轻了精确碰撞检测的负荷。

一种基于连续法向锥剔除的柔性场景连续碰撞检测方法，包括如下步骤：

(1)对待检测的三角形网格柔性场景模型中的每个三角形构造对应的包围盒和法向锥，进而建立三角形网格柔性场景模型的包围盒层次结构，并为包围盒层次结构中的每个非底层节点构造对应的法向锥；

(2)根据所述的包围盒层次结构，构建包围盒测试树；对所述的包围盒测试树进行法向锥剔除测试和包围盒重叠测试，输出存在包围盒重叠的叶节点；

(3)对输出的叶节点对应的三角形对进行精确连续碰撞检测。

所述的步骤(1)中，对每个三角形构造对应的法向锥，包括如下步骤：

1)获取前一时刻和当前时刻三角形三个顶点的三维坐标和三角形的法向量；