| 【中文题名】 | 基于OBB包围盒的快速碰撞检测 |
| 【英文题名】 | The Research on Fast Collision Detection Based on Oriented Bounding Box |
| 【学科专业】 | 机械制造及自动化 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-8-10 |
| 【中关键词】 | 碰撞检测,层次包围盒,OBB树,分离轴,相交测试, |
| 【英关键词】 | collision detection,hierarchical bounding box,OBB tree,separating axis,overlap test, |
| 【分类导航】 | 工业技术>机械、仪表工业>机械制造工艺>计算机辅助机械制造>> |
| 【论文摘要】 | 碰撞检测问题在机器人运动规划、计算机图形学等领域中有很长的研究历史,近年来随着虚拟现实、分布交互仿真等技术的兴起,碰撞检测问题开始成为研究的热点。精确的碰撞检测对提高虚拟环境的真实性、增强虚拟环境的沉浸感有着至关重要的作用,而虚拟环境自身的复杂性和实时性又对碰撞检测提出了更高的要求。
层次包围盒方法是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效的方法,它是用体积略大而几何特性简单的包围盒来近似地描述复杂的几何对象,并通过构造树状层次结构来逼近对象的几何模型,从而在对包围盒树进行遍历的过程中,通过包围盒间的快速相交测试来及早地排除明显不可能相交的基本几何元素对,而只对包围盒重叠的部分元素进行进一步的相交测试,以提高碰撞检测的速度。包围盒类型的选择是层次包围盒方法的基础和关键。
本文是以大型复杂环境模型中的刚体为研究对象,着重论述了基于OBB碰撞检测方法的相关问题。在研究OBB等层次包围盒固有特性的基础上,通过具体实现构建OBB和OBB树、包围盒间重叠测试等技术,比较了OBB适用于复杂环境中刚体碰撞检测的优势,并针对OBB存在的缺点和不足加以优化。针对基于OBB碰撞检测算法存在的缺陷,研究利用... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
7-8 |
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Abstract |
8-10 |
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第1章 绪论 |
10-15 |
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1.1 引言 |
10-11 |
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1.2 虚拟装配思想的提出 |
11 |
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1.3 虚拟装配中的碰撞检测 |
11-12 |
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1.4 国内外研究动态 |
12-14 |
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1.5 本文的主要工作 |
14-15 |
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第2章 碰撞检测的基本概念 |
15-25 |
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2.1 碰撞检测的基本原理 |
15-16 |
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2.2 碰撞检测算法的分类 |
16-17 |
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2.2.1 静态干涉检测算法 |
16 |
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2.2.2 动态干涉检测算法 |
16-17 |
|
2.3 碰撞检测的关键技术 |
17-25 |
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2.3.1 距离计算 |
17-18 |
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2.3.2 模型表示 |
18-19 |
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2.3.3 层次包围盒技术 BVH(Bounding Volume Hierarchy) |
19-21 |
|
2.3.4 层次包围盒的构造方法 |
21-22 |
|
2.3.5 层次包围盒检测效率分析 |
22-23 |
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2.3.6 对象运动后包围盒树的更新 |
23-25 |
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第3章 碰撞检测中用到的包围盒类型 |
25-37 |
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3.1 轴一致包围盒 AABB(Axis-Aligned Bounding Box) |
25-28 |
|
3.1.1 轴一致包围盒技术 |
25 |
|
3.1.2 轴一致包围盒模型定义 |
25-26 |
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3.1.3 轴一致包围盒的相交测试 |
26-27 |
|
3.1.4 时间和空间连续性在轴一致包围盒的碰撞检测中的应用 |
27-28 |
|
3.2 有向包围盒 OBB(Oriented Bounding Box) |
28-30 |
|
3.2.1 有向包围盒技术 |
28 |
|
3.2.2 有向包围盒树的构造 |
28-30 |
|
3.2.3 有向包围盒模型定义 |
30 |
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3.3 固定方向凸包围盒 FDH(Fixed Directions Hulls) |
30-35 |
|
3.3.1 固定方向凸包围盒技术 |
30-32 |
|
3.3.2 固定方向凸包围盒数据结构定义 |
32-33 |
|
3.3.3 固定方向集的选择 |
33 |
|
3.3.4 两个 FDH节点的相交测试 |
33 |
|
3.3.5 FDH树的构造 |
33-34 |
|
3.3.6 FDH树间的相交测试 |
34-35 |
|
3.4 包围球(Sphere) |
35 |
|
3.5 各种算法的比较 |
35-37 |
|
3.5.1 轴一致包围盒(AABB) |
35 |
|
3.5.2 包围球(Sphere) |
35-36 |
|
3.5.3 有向包围盒(OBB) |
36 |
|
3.5.4 固定方向凸包(FDH) |
36-37 |
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第4章 快速碰撞检测核心算法 |
37-52 |
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4.2 算法预处理阶段 |
38-43 |
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4.2.1 基于表面的凸分解 |
38-40 |
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4.2.2 建构层次二叉树 |
40-41 |
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4.2.3 建构凸块的OBB包围盒 |
41-42 |
|
4.2.3 包围盒计算的改进算法 |
42-43 |
|
4.3 碰撞检测核心算法 |
43-51 |
|
4.3.1 层次二又树的遍历 |
43-44 |
|
4.3.2 OBB间的重叠测试 |
44-46 |
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4.3.2.1 分离轴原理 |
45 |
|
4.3.2.2 OBB间重叠测试的实现 |
45-46 |
|
4.3.3 基本几何元素间的相交测试 |
46-49 |
|
4.3.3.1 三角形的相交测试 |
47-49 |
|
4.3.3.2 相交测试的优化流程 |
49 |
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4.3.4 OBB包围盒树叶子节点的处理 |
49-51 |
|
4.4 碰撞检测流程 |
51-52 |
|
结论 |
52-53 |
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参考文献 |
53-57 |
|
致谢 |
57-58 |
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攻读硕士学位期间发表的论文 |
58 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.379444 |
