虚拟现实中碰撞检测算法研究

摘要

碰撞检测主要用于判定虚拟环境中两个（或多个）物体是否相交，是虚拟现实、虚拟制造、机器人运动规划、计算机图形学、物理仿真、三维游戏等相关领域要解决的主要关键问题之一。随着计算机技术及计算机网络的飞速发展，尤其是计算机仿真、虚拟现实等技术的快速发展，人们对虚拟场景的真实性和沉浸感的需求日益增加，对碰撞检测的精度和速度提出了更高的要求，使得实时碰撞检测再次成为研究热点。
　　本文以三维虚拟环境中刚性物体之间的碰撞检测为研究背景，对凸体之间的碰撞检测进行了研究。通过学习GJK算法(Gilbert-Johnson-Keerthi algorithm)，针对一段连续时间内运动物体间的碰撞检测，提出了基于GJK的快速连续碰撞检测(fast continuous collision detection,FCCD)算法。该算法以Minkowski差集为工具，可在有限步骤内计算得到两物体间的最小距离，检测两物体是否碰撞，如果检测到碰撞，利用射线与凸体相交方法计算得到凸体间第一次发生碰撞的位置，及时作出碰撞响应。仿真结果表明，该算法能有效降低碰撞检测的时间复杂度，加快碰撞检测速度，
　　为提高碰撞检测的速度及实时性，将人工智能中的粒子群优化算法引入到碰撞检测领域，并对粒子群算法进行改进后提出了基于包围盒和改进的粒子群优化算法的混合碰撞检测算法，该算法继承了一般碰撞检测算法及粒子群算法的优点，在保证效率的同时可以处理任意物体表面间的碰撞检测，检测速度和精度可以通过调整相应的参数来满足不同的需求。

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第一章 绪论

1.1课题来源与研究目的

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 碰撞检测技术

2.1碰撞检测基本原理

2.2包围盒技术

2.3基于层次包围盒碰撞检测

2.4面向凸体的碰撞检测算法

2.5随机碰撞检测算法

2.6本章小结

第三章 基于GJK的碰撞检测算法

3.1引言

3.2 GJK算法相关介绍

3.3快速连续碰撞检测算法

3.4实验与仿真

3.5本章小结

第四章 基于粒子群的混合碰撞检测算法

4.1引言

4.2粒子群算法介绍

4.3改进粒子群算法

4.4基于AABB-MPSO的碰撞检测算法

4.5实验与仿真

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2未来展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢