[发明专利]一种动态碰撞检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碰撞检测方法。

背景技术

碰撞问题多年来一直受到较多的关注，碰撞检测方法在计算几何、计算机动画、仿真机器人和虚拟现实等领域中都有较好的应用前景。

近些年来，国内外学者在碰撞检测领域中做出了相当多有意义的工作并提出了一些高效的检测方法。这些方法从时间域的角度，可分为静态碰撞检测算法、离散碰撞检测方法和连续碰撞检测方法三类；从空间域的角度，可以分为基于实体空间的碰撞检测方法和基于图像空间的碰撞检测方法。对于基于实体空间的方法，根据所使用实体表示模型的不同可以分两类：第一类是基于BSP(Binary Space Partitioning)树、k-d树和八叉树(Octree)等的空间剖分法(Space Decomposition)[NA90][MPT90]；第二类是基于层次包围体树的方法。层次包围体树法根据包围盒类型的不同又可以分为包围球层次树、轴向包围盒层次树、方向包围盒层次树、k-dop(Discrete Orientation Polytope)层次树、凸壳层次树以及混合层次树等等。

传统的多物体间的碰撞检测算法一般时间复杂度为O(n²)，不能满足实时性的要求，而且大多是集中式串行处理方法，不利于碰撞检测快速实现。八叉树和其它几何模型在解决碰撞检测的框架之间的几何干涉问题时，不会大幅度提高算法效率。采用层次包围盒技术来加速多面体场景的碰撞检测，但包围盒方法作为一个整体的方法，检测精度低，效率提高并不明显。另外提出了一种空间分割技术的方法，影响该算法效率的一个重要因素是分区的多少，而分区的数目又较难把握。

发明内容

本发明的目的是一种性能良好的并行动态碰撞检测方法，能适用于凸体碰撞检测，并在保证高精度前提下，有效地满足碰撞检测的实时要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种动态碰撞检测方法，判断多面体A与多面体B是否发生碰撞，其特征在于，包括以下步骤：

将多面体A分解为N个简单多面体A₁，A₂，……，A_N，将多面体B分解为M个简单多面体B₁，B₂，……，B_M，再利用Cluster结构或SMP结构的并行机同时判断简单多面体A_i，i＝1，2，……，N，与简单多面体B_k，k＝1，2，……，M，是否发生碰撞，若有，则多面体A与多面体B有碰撞发生，否则没有，其中，将多面体A分解为N个简单多面体A₁，A₂，……，A_N与将多面体B分解为M个简单多面体B₁，B₂，……，B_M的方法相同，包括以下步骤：

步骤1、获取待处理的多面体的顶点坐标值以及构成多面体的各个平面的顶点序列；

步骤2、根据平面方程生成函数得到构成多面体的所有平面的平面方程，各个平面的法向量指向多面体外部；

步骤3、从顶点序列中选择凸顶点，组成凸顶点序列；

步骤4、从凸顶点序列中选取一个未经过处理的凸顶点，将其邻接顶点投影到平面上，利用Delaunay三角剖分算法，得到当前凸顶点的凸空间；

步骤5、将当前凸顶点和它的凸空间从多面体中剖分为独立的四面体；

步骤6、是否遍阅凸顶点序列中的每个凸顶点，若是，则完成剖分，否则返回步骤4。

优选地，定义表达多面体及简单多面体的数据结构M，数据结构M中定义如下字段：

指向第一个平面节点的一个平面节点指针；

指向下一个平面节点的一个平面节点指针；

平面节点，每个平面节点有X、Y、Z、D四个数据域，代表构成多面体的一个平面，每个平面的法向量{X，Y，Z}指向多面体的外部；

一个凸顶点节点指针，指向第一个凸顶点节点；

指向构成平面的边节点的一个边节点指针；

指向构成平面的下一条边的边节点指针；

边节点，每个边节点有Ph、Pt、Fl、Fr四个数据域Ph、Pt、Fl、Fr，Ph、Pt分别代表组成边的头、尾顶点，Fl、Fr分别代表边的左边平面和右边平面；

顶点节点，每个顶点节点有X、Y、Z三个数据域，代表当前顶点的坐标值；

指向下一个顶点的指针；

指向下一个顶点的邻边节点的指针；