融合包围盒智能算法的虚拟场景碰撞检测研究

惠学武，孟祥宇

(海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116013)

1 引言

由于图像处理和虚拟技术的快速进步，推动了虚拟仿真的应用普及[1]。对于场景复杂，规模庞大的现实模型，利用虚拟仿真便可以轻松获得其各项参数指标与性能验证。在虚拟仿真技术领域，碰撞检测是影响其性能的关键技术，会影响到虚拟仿真执行的精度与实时性。随着虚拟场景中模型规模和复杂度的升高，以及场景的动态变换，给碰撞检测提出了更高的要求。当前针对碰撞检测，比较常见且有效的方法是GPU加速[2]和HBV[3]。其中GPU加速虽然能够摆脱对CPU的消耗，提升图像处理效果，但是成本较高，且灵活性和扩展性受限。HBV是层次包围盒，它可以从策略和算法角度提高碰撞检测的适应性，所以受到更多的关注。如文献[4]设计了AABB轴对称包围盒；文献[5]设计了OBB质点变换包围盒；文献[6]设计了混合AABB-OBB包围盒。这些算法普遍缺乏对三角形面片和分布情况的深入分析，在性能上还有提升空间，同时还缺乏对碰撞检测整体性能的均衡考量。

当虚拟场景具有动态变换特征时，单一的HBV不能很好的保证检测性能均衡，为此，本文提出了一种融合包围盒智能算法，可以根据不同场景选择合适的包围盒策略。对于较为简单的虚拟场景，采用AABB优化包围盒，快速进行非碰撞排除。对于较为复杂的虚拟场景，采用OBB优化包围盒，通过带有方向的分离轴实现碰撞检测。考虑到包围盒的本质是特征点的优化，将包围盒与粒子群算法进行融合，从而把立体碰撞变换成最优解搜索，通过收敛计算进一步提高算法性能。……