三角网格变形体的自碰撞检测方法研究

bb20920d · 发表于 2022-4-23 11:05:21

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雅宝题库解析：
随着计算机图形学的发展，虚拟现实技术已经广泛应用于我们工作、学习与生活的各领域：数字娱乐、工业制造、教育、医学手术等。模拟复杂变形过程（大变形、物体与物体之间交互、物体拓扑发生变化等）和对运动过程中的自碰撞检测的研究逐渐成为变形仿真技术发展的主要方向之一。相对传统方法处理碰撞检测题目中精确度和高效性方面的不足，面向变形体的自碰撞检测技术能够更好的展现其逼真性，但在计算复杂性和操作实时性方面也提出了更高的要求，此趋势也是自碰撞检测技术将要面临的挑战。本文针对三角网格变形体的自碰撞检测所涉及的几个关键题目，开展了深入研究，并取得了以下研究成果：1. 针对变形体的实时动态变化特性，提出并实现了一种基于星型轮廓的自碰撞检测方法。通过对变形体模型进行预处理阶段的网格划分，建立模型的自碰撞检测树以及层次包围盒，为了提高检测有效性，计算相应的面片轮廓以用于对自碰撞检测树的大量有效的剪枝。在实时检测阶段，根据模型的变形进行自碰撞检测树的信息同步更新，并通过星型轮廓测试在方向测试、以及基元测试的基础上来提高自碰撞检测算法的效率，在保证检测正确性的基础上满足了系统实时性的要求。2. 针对织物的形变特性，给出并实现了一种基于布料的变形体模型的仿真方法。建立适合模拟织物形变的有限元物理模型，对织物形变过程中的受力进行分析，利用整体刚度矩阵法计算形变产生的弹性力，并采用隐式数值积分方法对模型进行运动积分，求解出织物每一帧的运动信息，同时为避免出现仿真的超弹性现象，利用形变的约束方法，实现织物形变的动态仿真过程。3. 设计并实现了面向三角网格变形体的自碰撞检测系统。系统基于上述研究成果，可以精确定位由于变形体自身各部分之间因形变发生的频繁自碰撞，以及变形体与环境中其它物体可能发生的碰撞，同时将碰撞发生点的信息实时返回并更新。该系统支持仿真场景的切换，自碰撞检测结果三角面片的提取，网格模型不同显示形态及变量设置等，呈现了一个具有高效计算和实时操作功能的变形体自碰撞检测系统。

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