針對(duì)虛擬裝配的碰撞檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、近二十年間，隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)尤其是圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)產(chǎn)生了巨大的變革，三維圖形學(xué)在各領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨廣泛。與此同時(shí)計(jì)算機(jī)圖形硬件也遵從著摩爾定律飛速發(fā)展，這讓我們可以用廉價(jià)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)過(guò)去不敢想象的功能，圖形學(xué)應(yīng)用中的實(shí)時(shí)顯示和真實(shí)感繪制得以為大眾所接受，并且成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　圖形學(xué)中碰撞檢測(cè)應(yīng)用廣泛，包括三維仿真、虛擬裝配和三維游戲等。碰撞檢測(cè)從時(shí)域上可劃分為離散碰撞檢測(cè)和連續(xù)碰撞檢測(cè)。在虛擬交互中不管是離

2、散碰撞檢測(cè)還是連續(xù)碰撞檢測(cè)，由于虛擬屏幕上顯示的模型全部都是不精確的模型，而工業(yè)應(yīng)用的三維模型都是邊界表示的實(shí)體模型，在構(gòu)造結(jié)構(gòu)上有本質(zhì)的區(qū)別，因此顯示的模型與精確表述的模型之間都存在偏差。在需要極高精度的制造業(yè)，通過(guò)虛擬交互來(lái)仿真制造過(guò)程均是不準(zhǔn)確的表示。
　　與圖形學(xué)中的碰撞檢測(cè)不同的是，工業(yè)級(jí)別的邊界表示模型間干涉檢查要進(jìn)行實(shí)體求交和布爾運(yùn)算。圖形學(xué)中的碰撞檢測(cè)還有學(xué)者去改進(jìn)性能，由于實(shí)體模型涉及實(shí)體求交和布爾運(yùn)算，計(jì)算量非

3、常大，因此幾乎所有的CAM軟件對(duì)于實(shí)體模型的干涉檢查都是靜態(tài)的。
　　本文開(kāi)發(fā)了一個(gè)實(shí)時(shí)碰撞檢測(cè)系統(tǒng)，使得虛擬裝配中的模型在精度和速度上達(dá)到了一個(gè)均衡。本文主要做了以下工作：
　　1.本文對(duì)常見(jiàn)的層次包圍體碰撞檢測(cè)算法進(jìn)行了全面的分析、比較。目前離散碰撞檢測(cè)算法的“穿透效應(yīng)”，而連續(xù)碰撞檢測(cè)的好處是能夠解決這個(gè)“穿透效應(yīng)”，但速度稍微有些慢。通過(guò)對(duì)比，找出了一個(gè)適用于網(wǎng)格模型的碰撞檢測(cè)算法 C2A，該算法可以解決所有的三角網(wǎng)

4、格模型之間的碰撞檢測(cè)，并且不需要假定模型具有某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　2.針對(duì)實(shí)體模型間干涉計(jì)算的速度問(wèn)題，我們把精確表述的實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格模型，同時(shí)使網(wǎng)格模型與后臺(tái)的實(shí)體模型在時(shí)間，位置上保持一致。由于網(wǎng)格模型的碰撞檢測(cè)空間區(qū)域要比實(shí)體模型的干涉檢查區(qū)域要大，因此在對(duì)不精確的網(wǎng)格模型操作時(shí)，若網(wǎng)格模型沒(méi)有碰撞，則實(shí)體模型間肯定未發(fā)生碰撞，這時(shí)一直關(guān)閉實(shí)體模型的干涉檢查功能；若網(wǎng)格模型發(fā)生了碰撞，這時(shí)就會(huì)開(kāi)啟實(shí)體模型的干涉檢查，計(jì)算出

5、的干涉量也是準(zhǔn)確的。通過(guò)網(wǎng)格模型與實(shí)體模型的映射關(guān)系，按需開(kāi)啟和關(guān)閉干涉檢查，提高了速度，達(dá)到了實(shí)時(shí)性要求。
　　3.通過(guò)以上兩種方法本文搭建了一個(gè)虛擬交互系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了自己的碰撞檢測(cè)方法，即基于開(kāi)源工程OpenSceneGraph的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)碰撞檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以通過(guò)后臺(tái)直接讀取CATIAV5數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)其離散網(wǎng)格化，建立實(shí)體與網(wǎng)格一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)碰撞檢測(cè)和干涉檢查進(jìn)行結(jié)合，使得初檢時(shí)使用網(wǎng)格模型的碰撞檢測(cè)算法，若碰撞再進(jìn)行