[发明专利]一种大规模场景中物体碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明为基于计算机视觉技术，三维物理引擎技术开发的模式识别方法，在虚拟现实和计算机仿真的物理引擎有着重要的应用。

背景技术

输电线路仿真培训对提高电力员工的操作技能、防范伤亡事故以及确保电网的安全稳定运行具有重要的意义。然而，由于电网高危险的行业特性和特殊的作业环境，使得传统的培训方式已无法满足电力安全培训的需要，其主要表现在如下方面：

1)输电线路分布广、线路长、部件多，传统的课堂讲授方式，难以传达线路巡视的技术要点和技能，即便采用现场实践培训教学也由于线路缺陷和故障种类纷杂而难以展开。

2)传统的教学培训方式使学员常常处于被动状态，难以交互，而扼制了学员的学习兴趣和主观能动性的，影响培训效果和质量。

3)由于各种场地、资金等原因的制约，短时间内各级电力培训机构或单位的实习实训基地新建困难、改造缓慢。

4)现场实操需要消耗大量的人力物力，操作工位数量的限制，也使反复演练难以满足。

虚拟现实技术是指利用计算机模拟一种逼真的视觉听觉触觉的虚拟感知世界并通过一些技能和多种专用设备使用户沉浸到环境中实现用户对虚拟世界客体的浏览和交互考察的一种多学科的技术。输电线路虚拟巡视仿真培训系统构建了高度仿真的输电生产环境和工艺过程，再现输电设施的结构和工作原理，可以使实践教学不再局限于有形的课堂和实验室中。虚拟现实技术使操作人员沉浸在计算机仿真的虚拟环境中，借助于系统，学员可以重复、安全地观摩、演练，从各个角度全方位地观察和操作。而且在操作过程中他可以至始至终地发挥作用与虚拟的实体实时交互。学员通过自己的感知和认知能力在交互的过程中解决问题，总结经验知识，充分发挥了主观能动性。

基于上述分析，为使输电线路培训技术手段更好地适应新形势下的电力企业培训工作的需要，本文应用虚拟现实技术构建电力虚拟环境进行操作技能培训。

因此，本项发明技术是将目前计算机视觉、物理引擎领域最新的研究成果引入输电线路巡视仿真培训系统中，利用基于Sweep and Prune算法的大规模场景碰撞检测算法，体现了多学科与多领域的交叉性。本项发明基于Sweep and Prune算法的大规模场景碰撞检测算法提高了碰撞检测的效率，为输电线路巡视仿真培训提供了关键性的理论与应用基础，具有非常好的应用前景。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种大规模场景中物体碰撞检测方法，方法简单，操作方便，大大提高了碰撞检测的效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大规模场景中物体碰撞检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，建立AABB包围盒：在三维坐标系中为场景中每个物体计算AABB包围盒，每个物体的AABB包围盒均为固定大小的立方体盒子，三维坐标系的三个坐标轴分别x轴、y轴、z轴；AABB包围盒的三组平行边分别平行于三维坐标系的三个坐标轴，其中，AABB包围盒内的点(x,y,z)均在AABB包围盒两个顶点内，即：

x_min≤x≤x_max

y_min≤y≤y_max

z_min≤z≤z_max

两个顶点分别为(x_min,y_min,z_min)和(x_max,y_max,z_max)；

步骤二，降维处理：将AABB包围盒从三维坐标系中转换至一维坐标系中，AABB包围盒转换至一维坐标系后取两个端点之间的区域作为一个区间，并对每个AABB包围盒的端点进行排序，获得AABB包围盒的排序列表；

步骤三，获取动态列表：从步骤二中AABB包围盒的排序列表，采用Sweep and Prune算法计算邻近物体的碰撞时间，确定相交的AABB包围盒，并按碰撞时间的顺序获得AABB包围盒的动态列表；

步骤四，碰撞检测计算：对步骤三中动态列表中的AABB包围盒进行遍历，获得相交的物体对。

其中，所述步骤三中，采用Sweep and Prune算法计算邻近物体的碰撞时间，具体计算过程为：首先计算出物体i和物体j所在位置，方程式如下：