论文碰撞检测算法综述是关于本文可作为碰撞检测方面的大学硕士与本科毕业论文碰撞检测论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
摘 要：碰撞检测算法作为虚拟现实技术的关键问题之一得到了广泛的研究和发展,并且具有重大的意义和广阔的前景.首先,从静态和动态两方面介绍了碰撞检测算法的研究现状,其中,动态碰撞检测算法是目前研究的热点；其次,介绍了动态碰撞检测算法中的离散碰撞检测算法和连续碰撞检测算法,其中,离散碰撞检测算法是目前研究的热点；再次,介绍了离散碰撞检测算法中的基于物体空间的碰撞检测算法和基于图像空间的碰撞检测算法,其中,着重介绍了基于物体空间的碰撞检测算法中的空间分割法和层次包围盒法；最后,提出了一些热门碰撞检测算法中存在的问题及发展建议.
关键词：碰撞检测；静态；动态；基于物体空间；基于图像空间；空间分割；包围盒
1背景
近十几年来,虚拟现实技术得到了快速发展,也广泛应用在其他行业中,比如游戏、医疗、建筑等.其中,虚拟现实的关键问题之一是碰撞检测,由于对场景的真实性和对交互的实时性要求越来越高,使得碰撞检测算法成为计算机仿真领域研究的热点.国内外学者做了大量的研究和实验,提出了许多可靠的技术来提高碰撞检测的效率.
2碰撞检测算法分类
碰撞检测算法总的可以分为两类,一类是静态碰撞检测算法,其针对的是静止状态下各物体是否发生碰撞,要求精度较高；一类是动态碰撞检测算法,其针对的是位置变化状态下各物体是否发生碰撞,如三维游戏中人在行走时是否会与墙壁、树木等的碰撞.动态碰撞检测算法又可分为离散碰撞检测算法和连续碰撞检测算法.其中,离散碰撞检测算存在一些问题,比如在离散的时间间隔内,两个物体占有了同一空间等,但由于其检测速度快,目前仍旧是研究的重点.连续碰撞检测算法能够精确的建模,较好的模拟出物体之间的碰撞,但其检测速度较慢.基于空间的不同,离散碰撞检测算法可分为基于物体空间的碰撞检测算法和基于图像空间的碰撞检测算法.基于物体空间的碰撞检测算法应用较为广泛,是目前研究的重难点,其又可分为层次包围盒法和空间分割法.
3静态碰撞检测算法
静态碰撞检测算法是指在某一时刻或者在某一位置时物体之间是否发生碰撞,该算法对精度的要求较高且计算复杂性也较高.
Uchiki,Ohashi和Tokoro等人研究了一种在运动仿真中的碰撞检测算法,该算法被称作空间占有法,即利用两个物体在虚拟运动时共同占有了同一空间来模拟碰撞.
李辉提出了平面内互不相交的两个凸多边形P和Q,分别有n和m个顶点.在其中一个沿任意给定的方向移动时不与另一个相撞以及一个凸多边形相对于另一个的所有可移动方向等两个问题,并分别给出了凸多边形可移动性的最优算法：0（10g（n+m））和0（n+m）.
汪嘉业引研究了平面上顶点数分别为m,n的简单多边形平移时确定碰撞部位的最优算法,该算法在两个凸多边形不相交的条件下,利用单调折线可确定二者是否相碰,并计算出其时间复杂度为O（m+n）.
曲吉林采用平面扫描法,通过提取两个边数分别为n和m的多边形的单调链来确定任意多边形平移时的碰撞部位,并计算出了时间复杂度为0“m+n）log（m+n））的算法.
申静波和唐国维等人提出了基于夹边边对的空间平面凸多边形快速相交检测算法,该算法将应用对象从三角形扩展到任意空间平面凸多边形,直接进行多边形间求交计算.
静态碰撞检测算法不需要预处理,对平面内凸多边形的研究较多,而对凹多边形研究较少.笔者认为可通过将凹多边形分解为多个凸多边形来进行研究.
4动态碰撞检测算法
4.1基于物体空间的碰撞检测算法
基于物体空间的碰撞检测算法利用物体三维几何特征来展开计算,主要分为空间分割法和层次包围盒法.
4.1.1空间分割法
空间分割法是指将整个虚拟空间划分为一系列等体积单元格,只对处于同一单元格的物体进行检测.当空间中有物体运动时,只需要重新计算物体占有的空间即可.常见的有均匀网格、八叉树和BSP树等.均匀网格的关键是选择适当尺寸的网格,使得计算准确且效率较高,均匀网格适合软体对象的碰撞检测；八叉树的关键是将空间分解为八个均等立方体,将检测到碰撞的立方体再分解为八个立方体,直到检测出碰撞部位為止,一般用于三维空间；BSP树是将空间分割成两个子空间,关键是在物体之间找出分割平面,若存在分割平面则两物体不相交,可用在任意维度的场景中.
Moore和Wilhelms提出了两种碰撞检测方法.一种算法用来处理物体的三角面片化,且其适用于柔软或刚性表面；另一种算法基于Cyrus-Beck裁剪算法,通过检测凸多面体顶点是否互相包含来判断碰撞与否,对于凹多面体可将其分解为凸多面体,其适用于刚性多面体.
Ganter和Isarankura提出了空间划分法,该技术将包含一个给定物体的空间进行细分.使用这些分区,所有的测试可以被限制在两个物体之间的重叠的局部区域,包含在重叠区域的子空间基于最小值和最大值来排序以进一步降低检测时间.
刘雁翎和诸昌钤一研究出了一种适合处理动态场景的交互树,该算法首先利用物体之间的位置关系及从属关系将物体组织在树状层级结构中,之后在关系树的基础上对叶结点进行八叉树剖分,最终生成交互树.该算法既保持了八叉树优点又可以规律地剖分对象.
王国锋等人利用HV分割算法将三维物体分割成更小的包围盒,当两个物体距离相当近时可以精确检测出是否碰撞.由于使用HV分割后可以容易地实现包围盒的重构,因此也适用于旋转的三维物体.
空间分割法适合于物体分布均匀且稀疏的场景.对于移动的物体,只需要重新计算物体所占的单元格即可.当物体较多且分布不均匀时需要将单元格分割成更小的单元格,大量的单元格之间的相交测试降低了碰撞检测速度并且会占用大量的存储空间,从而导致效率降低.
4.1.2层次包围盒法
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参考文献：
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