[发明专利]一种基于非共线剔除的柔性场景连续碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机检测技术领域，具体涉及一种基于非共线剔除的柔性场景连续碰撞检测方法。

背景技术

基于三角形网格的连续碰撞检测被广泛应用于不同的技术领域，包括机器人运动路径规划、物理仿真、视频游戏等，它使用匀速线性插值轨迹，检测物体在两个离散位置间可能发生的碰撞情况。

目前应用最广泛的连续碰撞检测方法是利用包围盒层次结构（BVH），先对整个场景进行包围盒重叠测试，当检测到两个包围盒不相交时，停止遍历该节点的子节点。各种BVH，如球（Sphere）树，轴对齐包围盒（AABB）树，定向包围盒（OBB）树，离散定向多面体（k-DOP）树等，这些层次结构通常采用自顶向下的方法进行构造，被广泛应用于刚体或柔性物体的碰撞检测。对于柔性物体，除了需要考虑包围盒的紧凑性外，包围盒整理和重构的效率也至关重要。图1为AABB、8-DOP和OBB三种包围盒的示意图，对于简单的包围盒，如Sphere、AABB，其整理和构造十分快捷，但紧凑性较差；对于复杂的包围盒，如OBB，虽然较为紧凑，但整理和构造的计算量较大；作为折中选择，k-DOP兼具紧凑性和高效性，因此常被用于柔性物体的包围盒层次结构，但即使使用了最紧凑的包围盒，剔除率仍然不高。

因此，对于包围盒重叠测试输出的存在重叠的包围盒对，传统方法通过精确碰撞检测来判断包围盒对所对应的三角形对是否发生了碰撞，精确碰撞检测过程可分解为15种碰撞情况的检测：6种顶点/三角形之间碰撞检测和9种边/边之间碰撞检测。而每个元素测试至少需要求解一个三次方程的根，15种情况需要求解15个三次方程以及一些附加的判断条件，因此这个过程需要耗费大量的计算时间。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于非共线剔除的柔性场景连续碰撞检测方法，通过在精确碰撞检测阶段，利用非共线剔除相应的碰撞情况，减少了精确碰撞检测的次数，提高了碰撞检测的速度。

一种基于非共线剔除的柔性场景连续碰撞检测方法，包括如下步骤：

（1）对待检测的三角形网格柔性场景模型中的每个三角形构造对应的包围盒，进而建立三角形网格柔性场景模型的包围盒层次结构；

（2）根据所述的包围盒层次结构，构建包围盒测试树（BVTT）；对所述的包围盒测试树进行包围盒重叠测试，输出存在包围盒重叠的叶节点；

（3）对输出的叶节点对应的三角形对进行非共线剔除检测，对剔除后保留的碰撞情况进行精确碰撞检测。

所述的非共线剔除检测包括点/面非共线剔除检测和边/边非共线剔除检测。

所述的点/面非共线剔除检测的方法过程为：

1）获取待检测三角形和待检测点P的三维信息，令a、b、c分别为待检测三角形的三个顶点；所述的三维信息包括前一时刻和当前时刻待检测三角形各顶点的三维坐标、待检测点P的三维坐标、待检测三角形的法向量；

2）在前一时刻至当前时刻的整个运动过程中，根据所述的三维信息判断在待检测三角形所在的投影平面中顶点c是否始终在待检测三角形ab边的一侧：若是，进入步骤3）进行判断；若否，保留待检测三角形和待检测点的碰撞情况；

3）根据所述的三维信息判断在待检测三角形所在的投影平面中待检测点P是否在ab边的另一侧：若是，则剔除待检测三角形和待检测点的碰撞情况；若否，进入步骤4）进行判断；

4）根据所述的三维信息判断在待检测三角形所在的投影平面中待检测点P是否在bc边相对于顶点a的另一侧：若是，则剔除待检测三角形和待检测点的碰撞情况；若否，进入步骤5）进行判断；

5）根据所述的三维信息判断在待检测三角形所在的投影平面中待检测点P是否在ac边相对于顶点b的另一侧：若是，则剔除待检测三角形和待检测点的碰撞情况；若否，保留待检测三角形和待检测点的碰撞情况。

所述的边/边非共线剔除检测的方法过程为：

1）获取两条待检测边的三维信息，令a和b分别为一条待检测边的两个端点，c和d分别为另一条待检测边的两个端点，端点a、b、c构成的平面为投影平面；所述的三维信息包括前一时刻和当前时刻待检测边各端点的三维坐标；

2）在前一时刻至当前时刻的整个运动过程中，根据所述的三维信息判断在所述的投影平面中端点a、b是否均在cd边的同一侧：若是，则剔除两条待检测边的碰撞情况；若否，进入步骤3）进行判断；