虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中碰撞檢測的研究.pdf

1、隨著計算機軟硬件相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大,人們對虛擬系統(tǒng)的真實性和交互性等性能也提出了更高的要求。碰撞檢測技術(shù)是判斷虛擬場景中虛擬對象問是否發(fā)生相交碰撞的關(guān)鍵技術(shù),精確快速的碰撞檢測算法對提高虛擬環(huán)境的真實性和交互性,以及增強用戶沉浸感等方面起著至關(guān)重要的作用,因此碰撞檢測問題已成為該領(lǐng)域研究的熱點之一。
　　 本文以虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)為應(yīng)用背景,采用經(jīng)典的AABB層次包圍盒碰撞檢測算法來解決虛擬手術(shù)器

2、械與虛擬人體器官之間的碰撞檢測問題。為了進一步提高碰撞檢測算法的執(zhí)行效率,增強虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)的真實感及與用戶交互的實時性,本文分別從不同的角度對傳統(tǒng)算法進行了適當(dāng)優(yōu)化。針對軟體對象形變后更新較慢的問題,優(yōu)化算法在包圍盒更新前加入了預(yù)處理過程,用以縮小包圍盒的更新規(guī)模；在引入時空相關(guān)性概念的前提下,優(yōu)化算法利用分裂軸排序算法對AABB包圍盒進行相交檢測,從而減少了算法的時間復(fù)雜度；根據(jù)AABB包圍盒的數(shù)學(xué)特性,優(yōu)化算法對AABB包圍盒進

3、行了存儲壓縮,減小了算法的空間復(fù)雜度；此外,結(jié)合虛擬手術(shù)的具體特點,文中引入了手術(shù)器械有效作用區(qū)的概念,大大縮小了包圍盒樹的構(gòu)建規(guī)模,并在此基礎(chǔ)上采用了基元鏈表的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的包圍盒二叉樹來對手術(shù)器械進行建模,從而有效提高了碰撞檢測算法的執(zhí)行效率。
　　 本文提出的優(yōu)化碰撞檢測算法與傳統(tǒng)算法進行了比較,結(jié)果表明其在時間和空間的計算上都有了較為明顯的改進和提高。文中最后將優(yōu)化碰撞檢測算法應(yīng)用到一個開發(fā)的虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中,仿真結(jié)果