[发明专利]基于层次包围盒碰撞检测的三维管线优化方法

权利要求书

1.一种基于层次包围盒碰撞检测的三维管线优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：构建AABB包围盒模拟真实管线建筑场景；

S2：设计基于层次包围盒的碰撞检测算法，通过遍历各个层次包围盒完成初步检测和逐步求精，得出管线碰撞检测报告；

S3：根据管线碰撞检测报告确定需要进行调整的管线，基于二次开发平台BIM优化管线设计方案，得到最佳的空间分配和管线的布置；

S4:对优化后的三维管线方案进行验证评价。

2.根据权利要求1所述的基于层次包围盒碰撞检测的三维管线优化方法，其特征在于，步骤S2中包括初步检测阶段和详细检测阶段，在详细检测阶段又分为了逐步求精环节和相交测试环节；

所述初步检测阶段利用碰撞检测算法快速排除虚拟系统中没有发生碰撞的物体，找出可能发生碰撞的物体；

所述逐步求精环节用于进一步缩小可能发生碰撞的区域；

所述相交测试环节用于判断是否真实发生碰撞。

3.根据权利要求2所述的基于层次包围盒碰撞检测的三维管线优化方法，其特征在于，AABB包围盒模型采用轴向包围盒R，且定义为：

R＝{(x，y，z)|X_min≤x≤X_max，Y_min≤y≤Y_max，Z_min≤Z≤Z_max}

其中：X_min表示管线在x轴上投影的最小值；X_max表示管线在x轴上投影的最大值；Y_min表示管线在y轴上投影的最小值；Y_max表示管线在y轴上投影的最大值；Z_min表示管线在z轴上投影的最小值；Z_max表示管线在z轴上投影的最大值。

4.根据权利要求3所述的基于层次包围盒碰撞检测的三维管线优化方法，其特征在于，轴向包围盒对综合管线进行初步过滤后，对可能发生碰撞的管线进行最短距离碰撞检测，计算空间有限线段之间的最短距离，具体过程如下：

设P是直线AB上的一点，A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，B点坐标为(x₂，y₂，z₂)，则P点坐标(X，Y，Z)可表示为：

当参数0≤s≤1时，P是线段AB上的点，当s＜1时，P是BA延长线上的点，当s1时，P是AB延长线上的点；

同理，设Q是直线CD上的一点，C(x₃，y₃，z₃)，D(x₄，y₄，z₄)，Q点坐标(U，V，W)可用C、D这2两点坐标及参数t表示；

则PQ这2点之间的距离的平方为：

f(s，t)＝PQ²＝[(x₁-x₃)+s(x₂-x₁)-t(x₄-x₃)]²+[(y₁-y₃)+s(y₂-y₁)-t(y₄-y₃)]²+[(z₁-z₃)+s(z₂-z₁)-t(z₄-z₃)]²

如果上述方程求出的参数0≤s≤1，0≤t≤1，则P点在线段AB上，Q点在线段CD上，PQ的长度是AB、CD之间的最短距离；

如果上式求出的参数不满足0≤s≤1，0≤t≤1，则在线段AB内找不到点P，线段CD内找不到点Q，使得PQ的长度是AB和CD之间的最短距离；此时，分别求出A点到线段CD的最短距离、B点到线段CD的最短距离、C点到线段AB的最短距离、D点到线段AB的最短距离后比较4个距离，其中最小的就是AB和CD之间的最短距离。

5.根据权利要求4所述的基于层次包围盒碰撞检测的三维管线优化方法，其特征在于，在步骤S4中，利用二次软件平台进行模拟仿真实验，根据平均绝对误差和均方误差对优化后的模型的稳定性进行检测，使用平均检测率作为评价指标对检测精度进行评价。