动感赛车游戏运动模拟器结构设计与碰撞模拟技术研究

摘要

设计了一款电机驱动的三自由度可拆装动感赛车游戏运动模拟器，对动感赛车游戏中的碰撞检测、碰撞运动分析和碰撞运动模拟等碰撞模拟技术进行了较为深入系统的研究。
　　1）在分析国内外赛车游戏模拟器的方案和成果的基础上，提出了一种动感赛车游戏运动模拟器的设计方案，利用Inventor和AutoCAD软件完成了动感赛车游戏运动模拟器的结构设计和驱动单元设计，实现了动感赛车游戏运动模拟器的整体装配。
　　2）为提高赛车游戏场景中碰撞检测的效率，采用了一种基于混合包围盒的碰撞检测优化算法。从结构上对层次包围盒树进行了改进，将包围盒树分为两层结构，外层采用包围球，内层根据物体对象的几何形状选择合适的包围盒，构造了混合层次包围盒树，实现了物体间的快速碰撞检测。针对碰撞检测遍历过程中出现的重复检测现象，提出了一种基于时空相关性的碰撞检测遍历优化方法。
　　3）对赛车的二维碰撞运动进行了分析，建立了基于动量守恒和碰撞恢复系数的赛车二维碰撞动力学模型。以碰撞开始前瞬间赛车的运动参数作为初始条件，运用碰撞动力学模型进行数值求解，得到了碰撞后赛车的运动参数。以实际交通事故案例为依据，运用本文所建立的碰撞动力学模型进行车辆碰撞事故运动参数的求解，与实际结果进行对比，验证了模型的准确性。
　　4）为实现动感赛车游戏中碰撞运动的模拟，提出了一种模拟器位姿变量求解算法。根据赛车碰撞前后的速度，运用位姿变量求解算法进行数值求解，得到了模拟器的位姿变量。在此基础上提出了一种电机控制参数求解算法，将模拟器的位姿变量转化为相应电机的控制参数进而驱动电机，从而达到了碰撞模拟的效果。通过碰撞模拟实验，对本文所提出的两种算法进行了验证。运动模拟器

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 赛车游戏模拟器的研究现状

1.3 赛车游戏中碰撞模拟技术的研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 动感赛车游戏运动模拟器设计

2.1 动感赛车游戏运动模拟器原理方案设计

2.2 动感赛车游戏运动模拟器结构设计

2.3 动感赛车游戏运动模拟器驱动单元设计

2.4 动感赛车游戏运动模拟器总体装配

2.5 本章小结

第三章 动感赛车游戏碰撞检测技术

3.1 经典包围盒算法

3.2 层次包围盒技术

3.3 混合包围盒碰撞检测优化算法

3.4 本章小结

第四章 动感赛车游戏碰撞运动分析

4.1 赛车二维碰撞基本理论

4.2 赛车二维碰撞运动过程分析

4.3 赛车二维碰撞动力学模型

4.4 数值实例

4.5 本章小结

第五章 动感赛车游戏碰撞运动模拟

5.1 模拟器位姿变量求解算法

5.2 电机控制参数求解算法

5.3 实验验证

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文的总结

6.2 论文的展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果