基于AABB层次树的数字样机空间区域计算与搜索方法

为了准确地从复杂产品结构树上搜索大规模数字样机中特定空间区域的数字模型,开展关联设计和数字样机检查工作,避免复杂产品研制对高性能计算机的严重依赖,提出了产品数字样机区域划分方法。首先给出了数字样机区域层次树,然后设计了基于构建、更新和搜索AABB层次树的数字样机空间区域自动计算与搜索算法,最后将研究成果应用于某民用型机的研制。应用表明该方法大大提高了区域数字样机模型的加载效率,缩短了数字样机的关联设计和协调周期。

一种基于AABB包围盒法的改进算法

介绍了实时碰撞检测技术的概念及现状，分析了存在的问题，提出了改进的AABB包围盒法，改进的AABB包围盒法进行实时干涉检验确保拆卸路径的有效性。试验证明，该算法比传统包围盒法包围物体更为紧密，可大大减少不必要的干涉检验，从而降低了系统开销，改进后的AABB包围盒算法比传统的包围盒算法检验速度快5％～20％。

基于碰撞检测的六自由度工业机器人路径规划研究

工业机器人在自动化生产中发挥着重要作用,但在操作过程中容易发生碰撞,导致损坏或安全隐患。针对这些问题,研究融合轴对齐包围盒和有向包围盒设计出一种混合碰撞检测算法,并以此为基础,将人工势场算法融入快速随机树-连接算法中,设计出一种路径规划优化算法。结果显示,在不同场景中,设计算法的平均检测时间分别为28.3 ms和24.5 ms。此种算法有效缩短了任务完成时间,同时降低了机器人的能耗和运行成本。该算法对工业自动化领域的安全性和效率提升具有重要价值,有助于推动工业智能化的进程。

基于AABB递进相交空间的快速碰撞检测算法

针对包围盒在碰撞检测中相交的特点,提出一种将场景中两个相交AABB包围盒的相交部分作为新的子空间,再将子空间中的几何模型重新构造AABB包围盒并进行相交测试的递归碰撞检测方法.该方法从宏观到微观的递归方式可以快速确定两个几何模型是否相交,并且有效避免过多的前期准备工作,诸如:考虑构造AABB二叉树时的叶节点划分终止问题;对原始包围盒进行剖分并构造AABB包围盒层次树时,在存储空间方面的压缩存储问题.实验表明,该方法有效地提高了碰撞检测的效率.

混合包围盒碰撞检测算法研究

为提高碰撞检测的实时性,提出一种混合包围盒碰撞检测算法。将物体的包围盒二叉树设计为2层结构,顶层使用AABB包围盒排除不相交的物体,下层利用k-DOPs包围盒检测物体之间的碰撞情况。采用任务树的方法对2棵混合包围盒二叉树进行同步遍历,实现物体之间的碰撞检测。与其他碰撞检测算法进行对比分析,实验结果表明,该算法能提高碰撞检测的实时性和精确性。

基于网格包络的工业机器人仿真碰撞检测算法

为提高工业机器人在复杂作业环境下的碰撞检测效率,提出了一种网格包络的碰撞检测算法,以大量等尺寸的立方体网格来包络模型本身,并在网格内部建立网格子模型的AABB树结构。该算法在建模过程中将网格的空间坐标进行有序存储,在遍历阶段可快速搜索到相交的网格,之后遍历网格内部的树结构来进一步判断模型是否碰撞。该算法网格内部的子模型几何数据量远小于整体模型几何数据量,其网格内的检测速度远快于以整体模型建模的传统层次包围盒方法的检测速度。实验结果表明,在大型复杂模型碰撞检测仿真中,该算法在不同网格数量下的检测效率比传统的Solid算法的检测效率快数倍到数十倍。

一种膝关节镜手术仿真系统

介绍了一种膝关节镜手术仿真系统,主要对系统结构设计、快速碰撞检测、软组织形变和实时力反馈计算等方法进行讨论,提出了基于八叉树分割的坐标轴层次包围盒碰撞检测算法和线弹性有限元半隐式模型,并结合力反馈计算实现了四类膝关节镜手术的仿真。通过应用,表明系统能够满足临床手术训练的需要。

干涉检验优化算法及其在车辆电磁制动器虚拟装配系统中的实现

干涉检验是基于虚拟现实设计系统的关键技术,然而利用传统几何求交的方法进行干涉检验效率低、耗时长,已远不能满足实时精确干涉检验的要求。首先对比包围球、沿坐标轴的包围盒以及方向包围盒三种干涉检验优化方法,给出采用基于沿坐标轴的包围盒分解快速干涉检验方法的理论依据及算法的流程图。通过构建层次包围盒逐渐逼近几何实体,排除不可能发生干涉的部件,这样可大大减少干涉检验的运算量并提高算法效率。最后在基于三维软件Unigraphics(UG)开发的车辆电磁制动器虚拟装配系统中,实现了基于沿坐标轴的包围盒分解快速干涉检验的算法,使用该算法前后的对比试验可验证该算法的优越性。对比试验的结果证明,基于沿坐标轴的包围盒分解快速干涉检验算法能有效地减少复杂对象干涉检验的运算时间,具有广泛的应用前景。

基于轴向包围盒碰撞检测算法的改进

在虚拟环境中,活动对象的运动路径是连续的,为达到实时交互的目的,碰撞时间采样点的取值应该是十分密集的,因此,帧与帧之间会有很强的关联性。利用这一特性,对基于轴向包围盒碰撞检测算法进行优化,把当前对象的碰撞信息记录下来以供下一次碰撞检测使用。另外,针对AABB包围盒紧密性差、占用大量存储空间的问题,基于压缩存储的方法对该算法进行改进,减少AABB包围盒存储的字节数。实验结果证明,优化算法在有效地减少参与测试的包围盒数目的同时,也节省了AABB包围盒树的存储空间。

基于单调链的简单多边形距离算法

简单多边形的距离问题是计算机图形学中的一个研究难点,为了能快速地获得距离信息,提出一种基于单调链的简单多边形距离算法。算法先对多边形边界进行关于坐标轴的单调链分割,然后根据可见性原则确定候选链对,再结合层次树理论和分支限界策略计算链对距离以求解多边形的最近距离。试验结果表明,该算法性能优于其他同类算法。

基于元胞自动机的肿瘤生长形态动态模拟

为了模拟肿瘤生长和附近组织发生机械作用过程以及自身所发生形变,研究了肿瘤生长过程形态的连续性,穿透深度的计算以及肿瘤的真实感绘制。用元胞自动机模拟肿瘤动态生长过程,并在模型每次发生形变后对元胞状态进行更新,以增强肿瘤生长形态的连续性;模型顶点穿透深度的准确性直接影响力学模型计算形变结果的合理性、准确性,采用基于隐式曲面的方法计算穿透深度的大小和方向;为了增强肿瘤模型的真实感,采用隐式曲面的方法渲染每个生长时刻的肿瘤形态。实验结果表明:该方法能得到形态较连续的生长过程;改进后的穿透深度计算方法能得到一致性较好的深度矢量;基于模型表面点集隐式曲面绘制的肿瘤模型具有平滑表面,有较好的仿真效果。

三维视景仿真的包围盒碰撞检测算法优化

提出了从全局搜索过程和局部搜索过程两方面来改进基于AABB包围盒的三维视景仿真碰撞检测算法的方法。在全局搜索过程中,利用帧与帧之间的关联特性,对检测算法进行优化,记录当前对象的碰撞信息以供下一帧的碰撞检测使用。在局部搜索过程中,介绍了基于垂线的三角形与包围盒相交测试算法。实验结果证明,算法加快了碰撞检测时间,提升了检测效率。

基于改进轴向包围盒的碰撞检测算法

研究机场应急救援是民航领域的问题。为防止机场地面车辆拥堵,要求在虚拟场景下的应急演练可全方位测试系统。为增强虚拟演练场景中碰撞检测的真实性与精确性,提出了一种基于特征三角形的碰撞检测算法。在基于三角形的模型中,通过在三角形中添加特征元素(点、边、面)形成特征三角形,利用特征三角形可以有效解决重复查询;通过轴向包围盒结合特征三角形,更好地完成碰撞检测,最后进行精确求交计算,为碰撞响应提供更多的碰撞信息。实验结果表明,算法可以缩短计算时间,提高检测精度,具有实际指导价值。

基于凸包特征的细分曲面求交研究

主要针对具有凸包特征的细分曲面提出了一种有效的求交的方法,该方法适用于任意具有凸包特征的细分曲面中。该方法主要是利用二部图跟踪两个细分曲面中可能相交的面。在应用二部图的基础上,选择半边数据结构,应用轴向包围盒法进行相交检测,使得具有凸包特征的细分曲面的求交得以实现。

确定任意形状物体最小包围盒的一种方法

最小包围盒广泛应用于碰撞检测、模具分型设计、产品包装设计以及图像处理、模式识别等领域。根据不同的应用场合对包围盒的不同要求,提出了一种简单、实用的确定任意物体最小包围盒的方法,利用现有的CAD软件本身具有确定轴向包围盒的功能,通过对AutoCAD软件的二次开发,利用程序自动确定出任意形状物体的最小体积包围盒或最小面积包围盒,以适应于不同的应用场合。

基于层次包围盒的混合碰撞检测算法

针对碰撞检测算法实时性较差的缺点,本文提出基于AABB包围盒与OBB包围盒相结合的混合碰撞检测算法,首先由对象投影来判断是否相交,检测出不可能相交对象;然后对可能相交的对象投影反向构建AABB包围盒,快速地测试对象;再用OBB包围盒进行精确地检测,以实现虚拟环境对象间高效的碰撞检测。本文还针对传统的基元相交测试效率不高的缺点进行了一定的改进。实验结果表明,与另外两种算法对比,该方法在相同环境前提下能够有效的提高碰撞检测的效率。

船舶三维管路智能布局优化算法

针对船舶在三维环境下管路布局约束多,工程规则难以量化,难以确定合适的优化评价函数等问题,提出一种新的船舶管路自动布局方法。首先,采用轴平行包围盒法(AABB)对船体和船内设备进行简化,将其离散成空间节点并赋予初始信息素和能量值,对空间障碍物进行标记,并对主要的敷管规则给出了具体的量化形式;其次,将快速扩展随机树(RRT)算法和蚁群优化(ACO)算法进行结合,引入方向选择策略、避障策略和变步长策略,提升了算法搜索效率和成功率,通过建立优化评价函数,利用ACO对路径进行循环迭代优化,以期得到满足工程规则的综合最优解;最后,采用计算机模拟的船舱空间布局环境进行管路自动敷设仿真实验,验证了所提方法的有效性和实用性。

散乱点云局部点集最小包围盒快速求解算法

提出一种散乱点云局部点集最小包围盒快速求解算法,该算法采用主元分析方法对局部点集进行降维处理,将所降维度方向作为参考轴向,围绕该轴向旋转局部点集坐标系,并求解局部点集在各坐标系下的轴向包围盒,选择体积最小的作为该局部点集的最小包围盒,实例表明该算法在满足最小包围盒求解精度要求的同时,可显著提高算法的运行效率。

包围盒碰撞检测技术的研究

碰撞检测是虚拟现实开发中物理建模的重要技术,主要用于加强虚拟现实环境的真实感。文章首先介绍目前常用的基于包围盒的碰撞检测技术,再从简单性和紧密性方面对其进行分析比较。

混合包围盒碰撞检测算法的优化研究

首先分析球包围盒（Sphere）、轴向包围盒（AABB）、方向包围盒（OBB）、离散方向包围盒（K—DOPs）在包围盒构造和更新速度以及包围紧密性的优劣，兼顾碰撞检测对精确度和实时性的要求，采用AABB包围盒与OBB包围盒混合的碰撞检测算法，优化树的遍历过程，有效提高了碰撞检测的效率，具有很好的实用性。