虚拟现实中物理引擎关键技术的研究与应用

摘要

随着虚拟现实技术的发展，物理引擎开始广泛应用在游戏，动画，电影，军事模拟等诸多领域。物理引擎是对现实中的物理学世界进行真实地模拟，对模拟的物体提供稳定的物理运算，并对虚拟现实中的物体进行动力学、运动学、力学仿真和碰撞处理。在虚拟现实系统开发中，开发人员可以使用物理引擎与渲染引擎相结合的方法，不但可以缩短开发周期，而且可以产生良好的效果。
　　本论文通过分析常见的物理引擎Havok、PhysX、ODE等，总结出虚拟现实中通用刚体物理引擎的一般规律，对通用刚体物理引擎进行基本架构设计，并在详细设计中进行模块化设计，分别对各模块论述其功能和作用。通过分析常见的碰撞检测库，如SOLID，RAPID，PQP，OPCODE等，分析库中常用的碰撞检测算法，如包围盒算法，层次包围体树算法，针对大型煤矿巷道漫游系统，采用初步检测与详细检测相结合的方法。在初步检测中使用AABB包围盒方法；在详细检测中使用AABB层次包围体树的方法，其中在详细检测中的精确检测中人物采用优化的包围盒直接与三角网格面进行检测。采用以上方法建立了适合漫游系统的碰撞检测算法，提高了碰撞检测的效率。本论文对虚拟现实中的模型进行了优化，减少了构成模型的三角形的数目，建立了更有利于碰撞检测的模型，提高了刚体物理引擎模拟的效果和碰撞检测效率。最后介绍了刚体物理引擎的应用方法，将刚体物理引擎ODE应用在大型煤矿巷道漫游系统中，取得了良好的效果。

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Contents

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 相关理论国内外研究现状

1.3 论文研究目标和内容

2 碰撞检测算法与改进

2.1 碰撞检测算法选择的影响因素

2.2 常见的碰撞检测库分析

2.3 碰撞检测算法的改进

3 刚体模型建模分析与研究

3.1 虚拟环境的建模分析

3.2 刚体模型的优化

3.3 虚拟人物的建模

3.4 虚拟环境的场景建模

4 刚体物理引擎的设计

4.1 几种物理引擎的分析

4.2 物理学世界基本物理量

4.3 刚体物理引擎的基本架构设计

4.4 刚体物理引擎的详细设计

5 刚体物理引擎在巷道漫游中的应用

5.1 模拟系统的实现方法

5.2 刚体物理引擎模拟的应用框架

5.3 虚拟人物在虚拟煤矿中漫游模拟

5.4 光线碰撞检测在实体选取中的应用

6 总结与展望

致谢

参考文献

发表论文情况