[发明专利]一种基于量子计算的碰撞检测方法

权利要求书

1.一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是所述方法包括以下步骤：

1）采集运动物体在当前帧的图像数据，分别建立两个物体的凸包，同时构建形成凸包的参数集；

2）          把凸包上的顶点看成是量子粒子群中的粒子，用随机惯性权重改变粒子的惯性权重，扩大搜索空间；

3）          用量子旋转门和量子                                                门改变量子位概率幅，更新量子状态；

4）          根据变异概率，用量子Hadamard门兑换两个概率幅，实现量子变异；

5）          跟踪粒子运动轨迹，根据参数集计算两个凸包上的距离差，输出最小距离差；

6）          根据距离差与设定值的关系，判断两个物体是否发生碰撞。

2.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是所述采集运动物体在当前帧的图像数据，分别建立两个物体的凸包，同时构建形成凸包的参数集包括以下步骤：记录当前帧中所述被检测物体的运动图像数据，形成物体的顶点集；取图像数据边缘的四条边上的四个端点，获取顶点集的包围盒；删除位于该四边形内部的顶点，计算四条边外部距离最远的顶点，若所述点都是垂直于边的端点，将其加入凸包中。

3.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是构建所述凸包时形成的参数集的步骤为：

其中，为实数，，为n维空间；当且时，中任意有限个点的所有凸组合成为的凸包，记为，即由所述物体形成两个凸包的实数集，的点集为，即两个凸包所处空间位置构成的点集，其中表示所有正整数集合。

4.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是所述权重的更新步骤为：

 

其中是最大惯性权重，是最小惯性权重，是最小适应度值，是当前适应度值，是平均适应度值，为自适应权重。

5.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是更新所述量子状态的具体步骤为：

1）若 且 ，则：

 

 2）若且，则

 

3）否则

 

其中；，，为时刻的量子概率幅，为更新后的量子概率幅，,表示所有正整数集合；为限定的概率值，，取； 为量子位概率幅；为 时刻的量子相位,为下一时刻时刻的量子相位增量。

6.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是用量子Hadamard门兑换所述两个概率幅的步骤为：

 

其中 ；，， ， 表示所有正整数集合；为量子Hadamard门， 为量子位概率幅，为变异后的量子概率幅。

7.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是根据参数集计算所述凸包间的距离差的具体步骤为： 

步骤1）随机初始化粒子群；

步骤2）变换解空间，计算粒子的适应度；

其中为点与点之间的距离，为凸包与之间的最短距离, 为，之间的最短距离，为 上的任意一点，为上的任意一点；

比较粒子目前的位置与当前最优位置，若粒子目前的位置比当前的最优位置好，则用目前的位置替换当前的最优位置；若目前全局最优位置比到目前为止搜索到的全局最优位置好，则用目前全局最优位置替换全局最优位置；

步骤3）更新粒子状态，用随机惯性权重更新量子惯性权重，用量子旋转门和更新量子位概率幅；

步骤4）根据变异概率，对粒子用量子Hadamard门实现变异操作；

步骤5）如果适应度值小于或等于设定值，则输出全局最优值，结束程序，否则返回步骤2循环计算,直到达到最大迭代次数或是满足收敛条件为止。

8.根据权利要求1所述的一种基于量子计算的碰撞检测方法，其特征是根据所述距离差与设定值的关系，判断两个物体是否发生碰撞的具体步骤为：若距离差大于设定值，则两个物体未碰撞；若距离差小于或等于设定值，则两个物体发生碰撞。