基于双目立体视觉的葡萄采摘防碰空间包围体求解与定位

无损收获是采摘机器人的研究难点之一,葡萄采摘过程中容易因机械碰撞而损伤果实,为便于机器人规划出免碰撞路径,提出一种基于双目立体视觉的葡萄包围体求解与定位方法。首先通过图像分割获得葡萄图像质心及其外接矩形,确定果梗感兴趣区域并在该区域内进行霍夫直线检测,通过寻找与质心距离最小的直线来定位果梗上的采摘点,运用圆检测法获取外接矩形区域内果粒的圆心和半径。然后运用归一化互相关的立体匹配法求解采摘点和果粒圆心的视差,利用三角测量原理求出各点的空间坐标。最后以采摘点的空间坐标为原点构建葡萄空间坐标系,求解葡萄最大截面,再将该截面绕中心轴旋转360°得到葡萄空间包围体。试验结果表明:当深度距离在1 000 mm以内时,葡萄空间包围体定位误差小于5 mm,高度误差小于4.95%,最大直径误差小于5.64%,算法时间消耗小于0.69 s。该研究为葡萄采摘机器人的防损采摘提供一种自动定位方法。

多机器人并行动态包围体层次树碰撞检测算法

针对现有多机器人间碰撞检测算法耗时过多的问题,提出上层动态剔除层、中间连杆层、底层3层结构的并行动态包围体层次树碰撞检测算法.首先采用3层结构构建机器人两两间动态包围体层次树;然后依次对上、中、底各层设计并行加速的并行架构,采用OpenMP的3种并行结构实现碰撞检测并行计算.通过6或8个机器人工作站进行实验并分析算法的时间复杂度,结果表明,在相同实验条件下,动态包围体层次树中间连杆层、底层并行处理后碰撞检测效率是原动态包围体层次树的2倍左右,是RAPID的4倍以上;所提出的并行架构能够发挥出动态包围体层次树的层次结构优势,并行计算下的动态包围体层次树算法能有效地提高多机器人间碰撞检测效率.

一种适用于多机器人的动态包围体层次树碰撞检测算法

多机器人协同工作在喷涂、焊接、装配等工业现场应用广泛。多机器人碰撞检测是多机器人系统安全、可靠工作的内在保证。针对现有多机器人间碰撞检测算法耗时过多问题,提出动态包围体层次树碰撞检测算法,该算法利用不同包围体的长处构建三层结构的动态包围体层次树,采用层次展开的遍历方式提高多机器人间碰撞检测效率。在多机器人工作站中进行仿真实验,得出对2、4、6、8个机器人采用动态包围体层次树碰撞检测算法的碰撞检测效率分别是RAPID算法的1.657,1.738,2.088,2.149倍。这验证所提出的动态包围体层次树碰撞检测算法能有效提高多机器人间碰撞检测效率。

基于刀具空间包围体算法的数控切削仿真

采用计算刀具空间包围体和刀具旋转体的方法来对仿真过程中的有效切削计算进行判断,刀具在一般运动情况下所占空间包围体的计算公式可由刀具的长度、半径以及刀具在任意时刻的刀位点、刀轴矢量来共同推导;刀具的旋转体范围可以通过刀具在当前时刻的刀轴矢量、母线方程以及刀具的半径、长度进行计算。该方法已经成功应用到基于OpenGL的VC6.0环境下所开发的五轴数控仿真系统中,实验结果表明,该方法能够提高有效切削率和减少切削计算耗时。

空间方位向量与包围体策略结合的3D模型拾取

3D模型的拾取在三维人机交互、交互式图像系统图形拾取方面均有重要应用,目前普遍的拾取算法均需利用鼠标操作才能实现,在拾取计算过程中常存在一系列矩阵求逆的问题,且对3D模型构造的拾取包围体过于单一,影响拾取的有效性、便捷性和精确性。本文提出了一种基于空间方位向量与包围体策略结合的3D模型拾取算法。首先,用实体交互笔代替鼠标,在下位机解算交互笔空间姿态信息,将交互笔空间方位向量实时映射到虚拟场景世界坐标空间并生成一条拾取射线;其次,采用形状判定阈值策略,对3D模型不同模块的外形特征实时建立针对具体模块的盒状包围体和球状包围体;最后,通过拾取射线与具体包围体的相交检测,判定是否拾取了具体模块。实验中以拾取具体3D模型为例,相比于经典射线与单一包围体的拾取方法,本文所提出的算法对模块的拾取速度提高了16.98%,对3D模型相邻模块边缘的拾取误判率从单一包围体的71.26%降低到12.80%,操作便捷有效。

层次包围体树在碰撞检测中的应用与研究

碰撞检测是虚拟现实应用中的关键技术。该文介绍了层次包围体树在碰撞检测中的应用,对层次包围体树的建立和使用层次包围体树的碰撞检测过程进行了研究。

基于优化八叉树的场景视锥体裁剪算法

大体量3D模型容易导致浏览器端渲染帧数低、显示卡顿及资源消耗大等问题,其原因是这类模型通常包含数以亿计的三角面片,在有限的时间内无法实现快速加载与渲染。针对此类问题,提出一种基于优化八叉树的场景视锥体裁剪算法。该算法采用地址码(Morton码)、节点视距标准和按需增量划分技术,使得八叉树具有自适应性与良好的压缩效率;采用双层包围体和基础相交测试技术,提高视锥体裁剪的精确性,整体上实现提升渲染帧数、显示流畅的目标。高速列车实例模型研究表明,与传统八叉树视锥体裁剪算法相比,所提算法平均渲染帧数上提高了约14帧,空间压缩率提高了37.8个百分点。

基于混合包围体层次树的机器人碰撞检测试验

为解决喷涂、焊接、装配等工业现场中能快速检测出机器人与周边环境是否发生碰撞,提出一种适用于铰接模型机器人的碰撞检测算法——混合包围体层次树算法。该算法利用了不同包围体所具有的优势:由OBB包围机器人连杆时更紧凑和以OBB为基元构建球包围体时计算简化和耗时少。该算法采用由顶层、中间层和底层3层结构构成的包围体层次树技术。如果包围体层次树中父节点包围体不存在碰撞,则无须对子节点包围体进行碰撞检测,且顶层与中间层采用二叉树结构来存储数据,以此加快碰撞检测速度。而且该算法可以随着机器人实际运动时各连杆间相对位置的变化而动态更新,以此适应机器人的碰撞检测。通过开发OpenGL上位机控制软件和搭建Parker控制器等构建的机器人实体实验平台验证所提出的碰撞检测算法的有效性。

刀具扫描体技术在NC加工图形验证中的应用

对 NC铣削加工图形验证中刀具及其扫描体进行分析 ,给出了直线插补及圆弧插补时常用刀具的扫描体的正则化造型方法及求交算法 ,并用扫描体包围体进行求交局部化。

基于OsgEarth绘制线状矢量数据的模板体技术

结合Martin Schneider矢量数据渲染算法,基于OSG开源平台及DEM构建的地形,分析了OsgEarth中绘制线状矢量数据的模板体技术和该技术所隐藏的场景层次结构.通过实践证明了该技术的可行性,表明其算法具有实时性、高效性和精确性等优点,探讨了该技术所存在的难点问题.

一种新的块体接触检测技术及在非连续变形分析方法中的应用

基于隐式网格的空间剖分,采用包围体技术将离散块体通过链表进行表述.所有离散块体的循环可以改造成一个等价的循环模式,在该循环模式内部的操作既不依赖于隐式网格的横向数目,也不依赖于其竖向数目.因此,该新循环模式所需的接触检测CPU总时间不再依赖于隐式网格的数目,即接触检测所需CPU总时间为块体数量的线性函数.算例和数值试验表明:用于接触检测的CPU总时间正比于离散块体的数目;相对于传统方法,该方法可以大大减少接触检测的CPU时间,显著提高计算效率.

一种用于实时模拟布料与流体交互的算法研究

针对目前布料与流体交互时出现的流体穿透和布料自碰撞问题,提出一种用于实时模拟布料与流体交互的方法.首先,根据布料的网格拓扑结构引入拉伸约束和弯曲约束对弯曲力以及拉伸力进行建模;其次,采用膨胀式连续碰撞检测方法检测布料与流体间的碰撞,并使用基于惩罚的接触力来处理碰撞响应,解决了高速度流体与布料发生碰撞时的穿透问题;最后,引入交互因子记录布料与流体的首次接触时间,采用扩张的k-DOPs层次包围体结构对布料上的所有几何元素进行相交检测,并采用施加约束的方法处理发生碰撞的质点的位置和速度,保证了检测速率并解决布料自碰撞的问题.实验结果表明,该方法能够准确检测到流体穿透和布料自碰撞的问题,并对交互时的相互作用做出正确的碰撞响应,且该方法具有实时性、效率高和通用性等优点.

一种基于OBB包围盒算法的交通事故检测方法

给出了一种用虚拟环境下的OBB碰撞检测算法对真实环境下城市道路交通事故进行检测的方法。该方法的主要思想是利用OBB算法计算车辆的包围盒,通过对包围盒的地面平面投影得到车辆矩形二维包围盒,然后检测这些矩形在同一平面上是否相交从而判断车辆是否发生碰撞,最后根据车辆的碰撞方式确认事故的类型,从而完成事故检测。为了提高算法效率,还给出了OBB包围盒数量的控制方法。实验结果表明,该方法能够快速地检测到交通事故的发生。

基于混合层次包围盒碰撞算法的改进

针对传统的混合层次包围盒的检测精度和碰撞效率低下的缺点,本文将材料力学中的形心的概念引入进来,利用形心的位置来确定父节点包围盒中心,然后对层次包围盒的树型结构加以改进,上层结构采用AABB(轴对齐包围盒)保证了更新的效率,下层结构采用OBB(有向包围盒)保证了测试的精度,最终得到改进后的混合层次包围盒碰撞算法,经过模拟实验验证两种算法对比,改进后的算法在精度和效率上有了一定的提高,为以后碰撞检测的研究提供了理论基础。

依赖包围盒紧密率及多层建模结构的混合碰撞检测算法

针对复杂环境下物体包围盒选择与更新的低效性,直接导致了碰撞检测时间延长的问题,提出了一种依赖包围盒紧密率及多层建模结构的混合碰撞检测算法。算法首先通过计算比较包围盒紧密率将物体形状分为四类,分别采用Sphere包围盒、轴向平行包围盒、方向包围盒和椭球体包围盒,对两两包围盒进行相交测试,快速准确地剔除不相交的物体。同时,提出三角面片-刚体-模型的多层建模结构的优化方法来构造包围盒树(BVT),减少包围盒树更新时间。最后实验结果表明,相比采用单一包围盒和传统结构的混合包围盒检测算法,该算法能大幅度地缩短相交测试的时间,提高碰撞检测的效率。

基于VR技术的工业机器人碰撞自动检测技术

为提高工业机器人在实际工作中的灵活性和高效性,研究VR在工业机器人中的应用。采用D-H算法构建坐标系描述机器人的运动关系,建立运动学模型,获得机器人在空间中的动态特征;构建运动学矩阵,根据机器人不同部位特点选择不同虚拟包围体,结合投影定理完成基于虚拟现实技术的工业机器碰撞检测。通过搭建碰撞测试平台,建立机器人真实工作环境的1:1虚拟场景进行测试。实验结果表明,将VR技术应用于工业机器人碰撞检测中,能够在发生碰撞前给出提示,满足了检测实时性,有效实现工业机器人的安全运行和灵活高效。

3D GIS空间索引技术研究

概括并分析3D GIS中使用的空间索引技术,介绍各类技术方法的基本思想;对典型的空间索引方法进行分类,综合比较其优缺点和适用对象;按照空间分割方式将三维空间索引分为规则分割和对象分割两大类,规则分割包括规则网格、BSP树、八叉树、KD树、KDB树和R树系列等,对象分割则通过层次包围体来实现。指出在3D GIS实际应用中,应根据实际情况和应用需要组合多种索引技术,进而生成灵活、高效的索引机制。

基于着色算法的并行碰撞检测算法

提出了一种基于着色算法的并行碰撞检测算法,利用AABB包围盒较好的紧密性和包围球计算简单的优点以及并行算法中的分治策略构建物体的混合包围体层次(S-AABB);然后采用破对称技术中的典型算法——着色算法,将每棵任务树编码,以产生各不相同的类别,并将不同的类别指派到不同的并行机,在并行机上采用多线程技术执行相同的类别的任务树的遍历,来检测是否有碰撞发生。实验结果表明,与现有的经典的I-COLLIDE等算法相比,该算法在效率、精确性方面具有明显优势,能够满足交互式复杂虚拟环境的实时性和精确性的要求。

通航飞机避碰区域防撞模型的等效性研究

为克服现有TCASⅡ只能提供垂直方向防撞措施的局限性,有必要建立通航飞机的多维机动防撞模型。基于低空空域通航飞机飞行防撞的特点,采用以包围体形成最小安全保护区的方法,分别建立以球体和圆柱体为包围体的通航飞机防撞模型。通过将包围体模型投影到水平和垂直方向上,再把水平和垂直2个方向的结果进行逻辑"与"运算,使复杂的三维防撞问题简化为2个二维防撞问题。采用3D游戏与计算机图形学中关于相交性检测的方法,对通航飞机的分别以本机和侵入机为参考中心的2个防撞模型进行分析和比较。结果表明,分别以本机和侵入机为参考中心建立的2个基于避碰区域(CAZ)的通航飞机防撞模型是完全等效的。

模型适应的凸包围多面体并行生成算法

包围盒在计算机图形学和计算几何领域中应用广泛,常用于加速几何求交、光线跟踪和碰撞检测等多种算法.凸包围多面体是包围盒的推广,对于一般不规则形体,可达到比包围盒更好的紧致程度.本文提出一种快速构造给定点集的紧致凸包围多面体的方法.该方法首先根据点集的近似凸包,通过k-means算法生成k个截面法向,然后利用GPU沿各法向搜索切点构成截面,最后求交构成多面体.实验结果表明,与同类算法相比,该方法能够更快地构造给定点集更紧致的凸包围多面体,并能有效加速碰撞检测算法.