專利名稱：一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
基于三角形網(wǎng)格的連續(xù)碰撞檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于不同的技術(shù)領(lǐng)域，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃、物理仿真、視頻游戲等，它使用勻速線性插值軌跡，檢測(cè)物體在兩個(gè)離散位置間可能發(fā)生的碰撞情況。目前應(yīng)用最廣泛的連續(xù)碰撞檢測(cè)方法是利用包圍盒層次結(jié)構(gòu)(BVH)，先對(duì)整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行包圍盒重疊測(cè)試，當(dāng)檢測(cè)到兩個(gè)包圍盒不相交時(shí)，停止遍歷該節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。各種 BVH，如球(Sphere)樹，軸對(duì)齊包圍盒(AABB)樹，定向包圍盒(OBB)樹，離散定向多面體 (k-DOP)樹等，這些層次結(jié)構(gòu)通常采用自頂向下的方法進(jìn)行構(gòu)造，被廣泛應(yīng)用于剛體或柔性物體的碰撞檢測(cè)。對(duì)于柔性物體，除了需要考慮包圍盒的緊湊性外，包圍盒整理和重構(gòu)的效率也至關(guān)重要。圖1為AABB、8-D0P和OBB三種包圍盒的示意圖，對(duì)于簡(jiǎn)單的包圍盒，如 Sphere、AABB，其整理和構(gòu)造十分快捷，但緊湊性較差；對(duì)于復(fù)雜的包圍盒，如0ΒΒ，雖然較為緊湊，但整理和構(gòu)造的計(jì)算量較大；作為折中選擇，k-DOP兼具緊湊性和高效性，因此常被用于柔性物體的包圍盒層次結(jié)構(gòu)，但即使使用了最緊湊的包圍盒，剔除率仍然不高。其主要原因在于包圍盒測(cè)試樹(BVTT)中的自碰撞節(jié)點(diǎn)，無法使用包圍盒重疊測(cè)試進(jìn)行剔除，只能對(duì)它進(jìn)行分解，通過對(duì)它的下層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行包圍盒重疊測(cè)試來反推該節(jié)點(diǎn)是否有自碰撞產(chǎn)生。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景模型，如果BVTT中某個(gè)自碰撞節(jié)點(diǎn)包含的下層節(jié)點(diǎn)的層次數(shù)目很多，那么就需要進(jìn)行大量的包圍盒重疊測(cè)試才能判斷出該BVTT節(jié)點(diǎn)是否發(fā)生了自碰撞，造成測(cè)試的效率和速度低下，同時(shí)其檢測(cè)輸出的存在包圍盒重疊的葉節(jié)點(diǎn) “假碰撞”現(xiàn)象明顯，進(jìn)而加重了接下去精確碰撞檢測(cè)的計(jì)算負(fù)荷。精確碰撞檢測(cè)過程可分解為15種碰撞情況的檢測(cè)6種頂點(diǎn)/三角形之間碰撞檢測(cè)和9種邊/邊之間碰撞檢測(cè)。而每個(gè)元素測(cè)試則需要計(jì)算一個(gè)三次方程的根，15種情況需要求解15個(gè)三次方程以及一些附加的判斷條件，因此這個(gè)過程需要耗費(fèi)大量的計(jì)算時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，通過在包圍盒重疊測(cè)試階段，利用法向錐剔除不可能發(fā)生碰撞的自碰撞節(jié)點(diǎn)，提高了包圍盒重疊測(cè)試的效率和速度，減輕了精確碰撞檢測(cè)的負(fù)荷。一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，包括如下步驟(1)對(duì)待檢測(cè)的三角形網(wǎng)格柔性場(chǎng)景模型中的每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的包圍盒和法向錐，進(jìn)而建立三角形網(wǎng)格柔性場(chǎng)景模型的包圍盒層次結(jié)構(gòu)，并為包圍盒層次結(jié)構(gòu)中的每個(gè)非底層節(jié)點(diǎn)構(gòu)造對(duì)應(yīng)的法向錐；
(2)根據(jù)所述的包圍盒層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建包圍盒測(cè)試樹；對(duì)所述的包圍盒測(cè)試樹進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試，輸出存在包圍盒重疊的葉節(jié)點(diǎn)；(3)對(duì)輸出的葉節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形對(duì)進(jìn)行精確連續(xù)碰撞檢測(cè)。所述的步驟(1)中，對(duì)每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的法向錐，包括如下步驟1)獲取前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻三角形三個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)和三角形的法向量；2)以三條向量軸nQ、nd^為三條母線所確定的圓錐作為三角形的法向錐；其中 Λ /7n + /7, - (V, - V ) X (V -V )
01 \ ba y y cα/ι ιι/ν
η = - , Va = B1-B0, vb = bfbo，vc = C1-C0 ；a0, b0, C0 分
2
別為前一時(shí)刻三角形三個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，B1, bi; C1分別為當(dāng)前時(shí)刻三角形三個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，n0和Ii1分別為前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻待檢測(cè)三角形的法向量。所述的步驟(1)中，包圍盒層次結(jié)構(gòu)中的非底層節(jié)點(diǎn)的法向錐為頂角α = β +max(α工，α 2)，軸h = (h^tg/2的圓錐；其中α α 2分別為非底層節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向錐的頂角A1A2分別為非底層節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向錐的軸，β為、和 h2的夾角。所述的步驟O)中，對(duì)包圍盒測(cè)試樹進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試為 自頂向下判斷包圍盒測(cè)試樹中的自碰撞節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的BVH節(jié)點(diǎn)的法向錐頂角是否大于等于 180度若是，則遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；若否，則對(duì)該自碰撞節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的BVH節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試若BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉，則遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；若 BVH節(jié)點(diǎn)不存在輪廓邊交叉，則終止遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；互碰撞節(jié)點(diǎn)采用包圍盒重疊測(cè)試。所述的輪廓邊交叉測(cè)試，包括如下步驟1)在BVH節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形網(wǎng)格子場(chǎng)景模型中任取兩條輪廓邊，所述的輪廓邊為子場(chǎng)景模型中的非公共邊；2)將兩條輪廓邊投影到任一公共平面上，并在公共平面上先判斷前一時(shí)刻兩條輪廓邊投影是否交叉若是，則終止輪廓邊交叉測(cè)試，即BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉；若否，則進(jìn)行四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試，即前一時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間段內(nèi)任一條輪廓邊投影的任一端點(diǎn)與另一條輪廓邊投影的交叉測(cè)試；若有一次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果為存在交叉，則終止輪廓邊交叉測(cè)試，即BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉；若四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果均不存在交叉，則當(dāng)前兩條輪廓邊不存在交叉；3)根據(jù)步驟1)和幻，遍歷測(cè)試兩條輪廓邊的所有組合，若兩條輪廓邊的所有組合都不存在交叉，則BVH節(jié)點(diǎn)不存在輪廓邊交叉。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的輪廓邊交叉測(cè)試的步驟2、中，點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果取用當(dāng)前BVH節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試時(shí)相應(yīng)的點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果；可縮減相應(yīng)的檢測(cè)速度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的輪廓邊交叉測(cè)試的步驟幻中，輪廓邊投影取用當(dāng)前 BVH節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試時(shí)相應(yīng)的輪廓邊投影；可縮減相應(yīng)的檢測(cè)速度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的輪廓邊交叉測(cè)試的步驟2、中，對(duì)兩條輪廓邊在公共平面上的投影構(gòu)建對(duì)應(yīng)的包圍盒，先進(jìn)行包圍盒重疊測(cè)試，若存在包圍盒重疊，則再進(jìn)行四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試；若不存在包圍盒重疊，則當(dāng)前兩條輪廓邊不存在交叉；可縮減相應(yīng)的檢測(cè)速度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的步驟(1)中，當(dāng)進(jìn)行第η次碰撞檢測(cè)時(shí)，包圍盒層次結(jié)構(gòu)是根據(jù)第η次碰撞檢測(cè)時(shí)刻每個(gè)三角形的空間位置，對(duì)上一次碰撞檢測(cè)過程的包圍盒層次結(jié)構(gòu)中最底層的包圍盒進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而自底向上對(duì)上一次碰撞檢測(cè)過程的包圍盒層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理更新而成的，η為大于1的自然數(shù)；相應(yīng)的提高了碰撞檢測(cè)速度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的步驟O)中，當(dāng)進(jìn)行第η次碰撞檢測(cè)時(shí)，所述的包圍盒測(cè)試樹為上一次碰撞檢測(cè)過程中的包圍盒測(cè)試樹；無需重新構(gòu)建，相應(yīng)的提高了碰撞檢測(cè)速度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的包圍盒為16-D0P包圍盒，保證了碰撞檢測(cè)過程的高效性。本發(fā)明通過在包圍盒重疊測(cè)試階段，利用法向錐測(cè)試剔除不可能發(fā)生碰撞的自碰撞節(jié)點(diǎn)，提高了包圍盒重疊測(cè)試的效率和速度，大大減少了精確碰撞檢測(cè)的次數(shù)，減輕了精確碰撞檢測(cè)的負(fù)荷，進(jìn)而提升了碰撞檢測(cè)整體的速度，且具有良好的兼容性。


圖1(a)為AABB包圍盒的示意圖，圖1(b)為8-D0P包圍盒的示意圖，圖1 (c)為 OBB包圍盒的示意圖。圖2為本發(fā)明連續(xù)碰撞檢測(cè)方法的步驟流程示意圖。圖3(a)為BVH的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 (b)為BVTT的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4(a)為三角形運(yùn)動(dòng)過程中法向量變化示意圖，圖4(b)為三角形對(duì)應(yīng)法向錐的示意圖。圖5為輪廓邊交叉測(cè)試的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明的連續(xù)碰撞檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖2所示，一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，包括如下步驟(1)構(gòu)造法向錐并構(gòu)建BVH。對(duì)待檢測(cè)的三角形網(wǎng)格柔性場(chǎng)景模型中的每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的16-D0P包圍盒和法向錐，進(jìn)而建立三角形網(wǎng)格柔性場(chǎng)景模型的包圍盒層次結(jié)構(gòu)，并為包圍盒層次結(jié)構(gòu)中的每個(gè)非底層節(jié)點(diǎn)構(gòu)造對(duì)應(yīng)的法向錐；當(dāng)進(jìn)行第η次碰撞檢測(cè)時(shí)，包圍盒層次結(jié)構(gòu)是根據(jù)第η次碰撞檢測(cè)時(shí)刻每個(gè)三角形的空間位置，對(duì)上一次碰撞檢測(cè)過程中的包圍盒層次結(jié)構(gòu)中最底層的16-D0P包圍盒進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而自底向上對(duì)上一次碰撞檢測(cè)過程中的包圍盒層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理更新而成的，η為大于1的自然數(shù)。為每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的16-D0P包圍盒首先將被包圍三角形的頂點(diǎn)分別在各個(gè)方向上進(jìn)行投影，然后判斷這些投影是否落在包圍盒的外部，如果落在包圍盒外部，需要對(duì)該方向上包圍盒的范圍進(jìn)行調(diào)整，保證該投影恰好落在邊界上；對(duì)于16-D0P包圍盒，任何一個(gè)三角形頂點(diǎn)都需要做16次比較，判斷這個(gè)點(diǎn)是否落在包圍盒內(nèi)部。
為每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的法向錐如圖4(a)所示，對(duì)于三角形T，在前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻，T的頂點(diǎn)三維坐標(biāo)分別為{a0,b0,c0}和{^，、(^，!“的法向量分別為 和叫；以三條向量軸1V Ii1和力為三條母線所確定的圓錐作為三角形的法向錐，如圖4(b)所示，其中 Λ /^JZi1-(V6-Va)X(Vc-Va)
η = -----— , n0 = (b0-a0) X (c0-a0), Ii1 = ( - ) X (C1-Ei1),
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Va = ara0, vb = hrh0, vc = CfC。。將每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的16-D0P包圍盒，作為BVH中最底層的16-D0P包圍盒。在第一次碰撞檢測(cè)時(shí)，采用自頂向下的方法構(gòu)建BVH，首先計(jì)算出這些三角形的中心，將這些三角形中心投影到直角坐標(biāo)系的某個(gè)坐標(biāo)軸上，依據(jù)投影的正負(fù)，可以把它們分成兩部分，分別為它們構(gòu)造包圍盒。然后采用同樣的方式，對(duì)這兩個(gè)包圍盒進(jìn)行細(xì)分，直到包圍盒中只包含一個(gè)三角形。如圖3(a)所示，有一個(gè)由a、b、c、d四個(gè)三角形組成的場(chǎng)景A1，首先計(jì)算出這些三角形的中心，將這些三角形中心投影到某個(gè)坐標(biāo)軸上，依據(jù)投影的正負(fù)，可以把它們分成兩部分，一部分記為&，另一部分記為化，分別為B1和化構(gòu)造包圍盒。然后采用同樣的方式，對(duì)Bp B2進(jìn)行細(xì)分，直到包圍盒中只包含一個(gè)三角形。然后，將每個(gè)三角形對(duì)應(yīng)的法向錐，作為BVH中最底層節(jié)點(diǎn)的法向錐；BVH中的非底層節(jié)點(diǎn)的法向錐為頂角α = β+max(Q1, a2)4l|h= Q^h2)/2的圓錐；其中a a2 分別為非底層節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向錐的頂角，Ii1A2分別為非底層節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向錐的軸，β為Ii1和Il2的夾角。在隨后的碰撞檢測(cè)過程中，只需要重新計(jì)算BVH中最底層包圍盒的法向錐大小， 對(duì)非底層的法向錐大小進(jìn)行整理更新。這是一個(gè)自底向上的計(jì)算過程，需要將兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)中的法向錐合并為一個(gè)父節(jié)點(diǎn)的法向錐。(2)構(gòu)建BVTT，對(duì)BVTT進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試。根據(jù)包圍盒層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建BVTT ；對(duì)BVTT進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試，輸出存在包圍盒重疊的葉節(jié)點(diǎn)；當(dāng)進(jìn)行第η次碰撞檢測(cè)時(shí)，包圍盒測(cè)試樹為上一次碰撞檢測(cè)過程中的包圍盒測(cè)試樹。首先，采用自頂向下的構(gòu)建方法構(gòu)造BVTT，如圖3所示，在圖3 (a)中已經(jīng)對(duì)整個(gè)場(chǎng)景構(gòu)造了一個(gè)BVH ；相應(yīng)地，圖3 (b)就是針對(duì)圖3 (a)場(chǎng)景而構(gòu)建的一個(gè)BVTT。自頂向下判斷包圍盒測(cè)試樹中的自碰撞節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的BVH節(jié)點(diǎn)的法向錐頂角是否大于等于180度若是，則遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；若否，則對(duì)該自碰撞節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的BVH節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試若BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉，則遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；若BVH節(jié)點(diǎn)不存在輪廓邊交叉，則終止遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；互碰撞節(jié)點(diǎn)采用包圍盒重疊測(cè)試。輪廓邊交叉測(cè)試，包括如下步驟1)在BVH節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形網(wǎng)格子場(chǎng)景模型中任取兩條輪廓邊，輪廓邊為子場(chǎng)景模型中的非公共邊；2)將兩條輪廓邊投影到任一公共平面上，并在公共平面上先判斷前一時(shí)刻兩條輪廓邊投影是否交叉(如圖5所示)若是，則終止輪廓邊交叉測(cè)試，即BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉；若否，則進(jìn)行四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試，即前一時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間段內(nèi)任一條輪廓邊投影的任一端點(diǎn)與另一條輪廓邊投影的交叉測(cè)試；若有一次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果為存在交叉，則終止輪廓邊交叉測(cè)試，即BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉；若四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果均不存在交叉，則當(dāng)前兩條輪廓邊不存在交叉；3)根據(jù)步驟1)和2)，遍歷測(cè)試兩條輪廓邊的所有組合，若兩條輪廓邊的所有組合都不存在交叉，則BVH節(jié)點(diǎn)不存在輪廓邊交叉。其中，在輪廓邊交叉測(cè)試的步驟幻中，點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果和輪廓邊投影可取用當(dāng)前BVH節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試時(shí)相應(yīng)的點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果和輪廓邊投影， 同時(shí)可對(duì)兩條輪廓邊在公共平面上的投影構(gòu)建對(duì)應(yīng)的包圍盒，先進(jìn)行包圍盒重疊測(cè)試，若存在包圍盒重疊，則再進(jìn)行四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試；若不存在包圍盒重疊，則當(dāng)前兩條輪廓邊不存在交叉。傳統(tǒng)包圍盒重疊測(cè)試為如圖3(b)所示，BVTT的根節(jié)點(diǎn)(AnA1)就是A1的自碰撞檢測(cè)對(duì)，然后提取出A1的兩個(gè)子包圍盒B1和化，分別對(duì)B1和化做自碰撞檢測(cè)，另外還需要檢測(cè)B1和化之間是否發(fā)生碰撞，S卩比較兩個(gè)16-D0P包圍盒之間是否有重疊。這個(gè)過程可以概括為在這16個(gè)方向上比較兩個(gè)包圍盒是否有交集；如果在某個(gè)方向上沒有重疊，則停止比較并且判定兩個(gè)包圍盒沒有重疊。如果在所有方向上都有重疊，并且&有子包圍盒 a和b，則采用與處理B1和化相同的方法，判斷B1的兩個(gè)子包圍盒a和b是否與化發(fā)生碰撞；如果在所有方向上都有重疊，并且B1沒有子包圍盒，但是化有子包圍盒c和d，則與處理&和B2相同的方法，判斷化的兩個(gè)子包圍盒c和d是否與B1發(fā)生碰撞；如果在所有方向上都有重疊，并且B1和化都已經(jīng)是最底層包圍盒，沒有子包圍盒，輸出B1與化對(duì)應(yīng)的葉節(jié)點(diǎn)。(3)對(duì)三角形對(duì)進(jìn)行精確連續(xù)碰撞檢測(cè)。對(duì)輸出的葉節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形對(duì)，使用元素測(cè)試進(jìn)行精確計(jì)算，得到碰撞發(fā)生的第一碰撞時(shí)間。這個(gè)過程中，將兩個(gè)三角形之間的碰撞檢測(cè)問題，轉(zhuǎn)化為頂點(diǎn)與三角形的碰撞檢測(cè)以及邊與邊的碰撞檢測(cè)。以下通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試出本實(shí)施方式與傳統(tǒng)碰撞檢測(cè)方法在檢測(cè)耗時(shí)以及精確碰撞檢測(cè)次數(shù)等相關(guān)指標(biāo)上的數(shù)據(jù)(如表1所示)。表1 碰撞檢測(cè)耗時(shí)以及精確碰撞檢測(cè)次數(shù)的對(duì)比數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，包括如下步驟(1)對(duì)待檢測(cè)的三角形網(wǎng)格柔性場(chǎng)景模型中的每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的包圍盒和法向錐，進(jìn)而建立三角形網(wǎng)格柔性場(chǎng)景模型的包圍盒層次結(jié)構(gòu)，并為包圍盒層次結(jié)構(gòu)中的每個(gè)非底層節(jié)點(diǎn)構(gòu)造對(duì)應(yīng)的法向錐；(2)根據(jù)所述的包圍盒層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建包圍盒測(cè)試樹；對(duì)所述的包圍盒測(cè)試樹進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試，輸出存在包圍盒重疊的葉節(jié)點(diǎn)；(3)對(duì)輸出的葉節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形對(duì)進(jìn)行精確連續(xù)碰撞檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(1)中，對(duì)每個(gè)三角形構(gòu)造對(duì)應(yīng)的法向錐，包括如下步驟1)獲取前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻三角形三個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)和三角形的法向量；2)以三條向量軸nQ、H1和力為三條母線所確定的圓錐作為三角形的法向錐；其中η = - , Va = B1-B0, vb = bfbo，vc = C1-C0 ；a0, b0, C0 分 別為前一時(shí)刻三角形三個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，B1, bi; C1分別為當(dāng)前時(shí)刻三角形三個(gè)頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，n0和Ii1分別為前一時(shí)刻和當(dāng)前時(shí)刻待檢測(cè)三角形的法向量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(1)中，包圍盒層次結(jié)構(gòu)中的非底層節(jié)點(diǎn)的法向錐為頂角α = β +max(α工，α 2)，軸h = (h^tg/2的圓錐；其中α α 2分別為非底層節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向錐的頂角A1A2分別為非底層節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向錐的軸，β為、和 h2的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟O)中，對(duì)包圍盒測(cè)試樹進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試為自頂向下判斷包圍盒測(cè)試樹中的自碰撞節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的BVH節(jié)點(diǎn)的法向錐頂角是否大于等于180 度若是，則遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；若否，則對(duì)該自碰撞節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的BVH節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試若BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉，則遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；若 BVH節(jié)點(diǎn)不存在輪廓邊交叉，則終止遍歷測(cè)試該自碰撞節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；互碰撞節(jié)點(diǎn)采用包圍盒重疊測(cè)試。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的輪廓邊交叉測(cè)試，包括如下步驟1)在BVH節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形網(wǎng)格子場(chǎng)景模型中任取兩條輪廓邊，所述的輪廓邊為子場(chǎng)景模型中的非公共邊；2)將兩條輪廓邊投影到任一公共平面上，并在公共平面上先判斷前一時(shí)刻兩條輪廓邊投影是否交叉若是，則終止輪廓邊交叉測(cè)試，即BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉；若否，則進(jìn)行四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試，即前一時(shí)刻至當(dāng)前時(shí)刻的時(shí)間段內(nèi)任一條輪廓邊投影的任一端點(diǎn)與另一條輪廓邊投影的交叉測(cè)試；若有一次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果為存在交叉，則終止輪廓邊交叉測(cè)試，即BVH節(jié)點(diǎn)存在輪廓邊交叉；若四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果均不存在交叉，則當(dāng)前兩條輪廓邊不存在交叉；3)根據(jù)步驟1)和幻，遍歷測(cè)試兩條輪廓邊的所有組合，若兩條輪廓邊的所有組合都不存在交叉，則BVH節(jié)點(diǎn)不存在輪廓邊交叉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟2、中，點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果取用當(dāng)前BVH節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試時(shí)相應(yīng)的點(diǎn)/邊交叉測(cè)試結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟幻中，輪廓邊投影取用當(dāng)前BVH節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪廓邊交叉測(cè)試時(shí)相應(yīng)的輪廓邊投影。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟幻中，對(duì)兩條輪廓邊在公共平面上的投影構(gòu)建對(duì)應(yīng)的包圍盒，先進(jìn)行包圍盒重疊測(cè)試，若存在包圍盒重疊，則再進(jìn)行四次點(diǎn)/邊交叉測(cè)試；若不存在包圍盒重疊， 則當(dāng)前兩條輪廓邊不存在交叉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(1)中，當(dāng)進(jìn)行第η次碰撞檢測(cè)時(shí)，包圍盒層次結(jié)構(gòu)是根據(jù)第η次碰撞檢測(cè)時(shí)刻每個(gè)三角形的空間位置，對(duì)上一次碰撞檢測(cè)過程的包圍盒層次結(jié)構(gòu)中最底層的包圍盒進(jìn)行重構(gòu)，進(jìn)而自底向上對(duì)上一次碰撞檢測(cè)過程的包圍盒層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理更新而成的，η為大于1的自然數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，其特征在于所述的包圍盒為16-D0P包圍盒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于連續(xù)法向錐剔除的柔性場(chǎng)景連續(xù)碰撞檢測(cè)方法，包括(1)構(gòu)造法向錐并構(gòu)建BVH；(2)構(gòu)建BVTT，對(duì)BVTT進(jìn)行法向錐剔除測(cè)試和包圍盒重疊測(cè)試；(3)對(duì)三角形對(duì)進(jìn)行精確連續(xù)碰撞檢測(cè)。本發(fā)明通過在包圍盒重疊測(cè)試階段，利用法向錐剔除不可能發(fā)生碰撞的自碰撞節(jié)點(diǎn)，提高了包圍盒重疊測(cè)試的效率和速度，大大減少了精確碰撞檢測(cè)的次數(shù)，減輕了精確碰撞檢測(cè)的負(fù)荷，進(jìn)而提升了碰撞檢測(cè)整體的速度，且具有良好的兼容性。
文檔編號(hào)G06F11/00GK102393827SQ20111020002
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者唐敏, 杜鵬, 童若鋒, 趙杰伊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)