高级碰撞检测及响应算法——碰撞检测
2010-11-18 22:35
1.概述
移动的物体可以由椭球体近似表达，这种椭球体更容易逼近类人和动物的形状，比如说人的头，就是一个X-Y-Z轴半径相等的椭球体，髋骨，盆骨等都可以较好地用椭球体体现出来。多个椭球体组成的集合的形状也使它们易于在障碍物上平滑地移动，这一点在3D游戏中显得特别重要，因为玩家绝不希望在激烈的战斗中自己被卡在某个死角里不能动弹。
我们希望能在场景中来回移动我们的物体（或者角色）。它可以由一个椭球体表现，其中椭球体的中心位置代表了角色的位置，半径向量则定义了椭球体沿三个轴向的尺寸。见图3.1。
图3.1：椭球体的半径向量
通过对角色施加某方向的力，他就能在场景世界中移动。这个过程由速度向量（velocity vector）表示。我们希望椭球体能够在场景世界中移动，那么它的新的位置等于它当前位置加上速度向量。见图3.2。
图3.2：通过一个速度移动椭球体
但是我们还不清楚我们是否能成功完成这个移动，因为可能在过程中会出现一些事情，例如组成场景世界的一个或者多个三角片挡住了椭球体的去路。我们不可能事先准确地知道椭球体会撞上哪个三角片，所以我们应该检查所有的三角片（这里，可以将一个大的网格体化分成一个八叉树，这个八叉树被用来帮助我们检查那些靠近角色的三角片）。同时，我们还不能在检测到一个可能碰撞的三角片后就立即停止检测，因为我们要检测出所有潜在的障碍，近而找出最近的那一个碰撞。如果我们检测到了一个与三角片A发生的碰撞后就停止，而没有继续检测其它的三角片，例如三角片B，那么将发生如图3.3所示的情况，即三角片B比三角片A更先发生碰撞。
图3.3：必须检测所有的三角片
碰撞检测过程应该为后继的响应阶段提供至少两个必要的信息：
* 球体在场景中的碰撞位置。
* 球体发生碰撞之前，沿速度方向到碰撞点的距离。
所以，对于单个三角片的碰撞检测，我们首先要清楚是否会发生碰撞（这将产生一个bool值），如果发生了碰撞，算法应该能够为碰撞响应提供上述两个必要的信息。
碰撞检测技术综述
高春晓刘玉树
（北京理工大学计算机科学与工程系，北京
擅要综连了当前出现的各种碰撞检刹算法。总体上许大部分的算法都采用先采样摈后进行静态碰撞挂洲的方法。不
同算法采样的方式不同决定了算法的种美，距离预测击或者是时阃预疆４法。减少采样挺敏，提高静态枉碱的连度毛降抵
算法复杂度最重要的因素。目前研究的重点有层虚数据表示法、动态距高跟踪算击、静态幢耐算法等。
美ｔ词硅撞辁龇层虚数据表示距高计算 包围食槭
文童编号１００２－８３３１一（２００２）０５—００Ｏ９—０３ 文献标识码Ａ 中图分类号ＴＰ３０１．６
Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｃｏｌｌｉ ｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ＧⅡ０ Ｃｈｕｎｘｌａｏ Ｌｉｕ Ｙｕｓｈｕ
（Ｄｅｇａ￣ｎｅｍ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔ￣ｓ ａｒｅ ｓｕｒｖｅｙｅｄ ｈｅｒｅ．Ｉｔ ＷＫ￥ａｐｐｌｉｅｄ ｂｙ ｎｌｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｌ学０ 脚ｔｈａｔ
ｓａｒａｐ｜ｍｇ仰ｔｈｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ ｍ￣ｄｅｌｓ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｃａ －Ａｅｅｏｒｄｉｎ￥ｔ０ 柚婶ｈｇ ｓｔｙｌｅｓ ｅｏｌｌｌｓｉｏｎ ｄｅ ｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｃｎｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ Ｏｎｅ ｉｓ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ６ｍｅ
ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ，ＴｈｅⅡｍ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｃ０ｓｔ ｏｆ ａ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｄｅｔｅｅｔｉｏｎ ａｌｇｏ￣ｔｈｍ ｍ＇ｅ ｄｅｃｒｅｓｓｉｎｇ
碰撞检测的原理及应用
1. 碰撞检测的概述
碰撞检测是一项在计算机图形学、物理仿真、游戏开发等领域广泛应用的技术。它的主要目的是为了判断两个或多个物体是否发生碰撞，以此来模拟真实世界中的物理规律。碰撞检测可以用于实现物体间的交互、碰撞反应以及处理碰撞后的动作。
2. 碰撞检测的原理
碰撞检测的基本原理是通过判断两个或多个物体的边界是否相交来确定是否发生碰撞。常见的碰撞检测算法包括包围盒检测、精确碰撞检测等。
2.1 包围盒检测
包围盒检测是碰撞检测中最简单和高效的一种方法。它将物体看作是一个能够包围其边界的矩形框或球体，在进行碰撞检测时，只需要比较包围盒之间是否相交即可。包围盒检测的优点是计算速度快，适用于大部分场景，但精度较低。
2.2 精确碰撞检测
精确碰撞检测是一种更为准确的碰撞检测方法，它通过对物体的几何形状进行分析，计算出物体的碰撞点、碰撞面等信息。常见的精确碰撞检测算法有光线投射、多边形碰撞、凸包碰撞等。精确碰撞检测的优点是精度高，适用于复杂的场景，但计算量较大。
3. 碰撞检测的应用
碰撞检测在各个领域有着广泛的应用。以下是其中的几个例子：
3.1 计算机游戏
在计算机游戏中，碰撞检测用于处理角色间的碰撞、子弹与物体的碰撞、障碍物的碰撞等。通过碰撞检测，游戏可以实现真实的物理效果，增加游戏的可玩性和真实感。
3.2 虚拟现实
碰撞检测在虚拟现实中也有重要的应用。通过检测用户与虚拟物体之间的碰撞，可以实现用户与虚拟世界的交互，提高虚拟现实的沉浸感。 3.3 工程建模
在工程建模领域，碰撞检测可以用于模拟物体之间的碰撞情况，比如机械装配、构件安装等。通过检测碰撞情况，可以预测错误、优化设计，提高工程效率。
3.4 交通仿真
碰撞检测在交通仿真领域也有重要的应用。通过检测车辆之间的碰撞，可以预测交通事故的发生情况，为交通规划和设计提供重要参考。
4. 总结
碰撞检测作为一项重要的技术，可以实现物体间的交互、模拟真实世界中的物理规律，并在计算机游戏、虚拟现实、工程建模、交通仿真等领域发挥重要作用。其中包围盒检测和精确碰撞检测是常见的碰撞检测方法，具有不同的优缺点。随着计算机技术的发展，碰撞检测的算法和应用将进一步完善和拓展，为各个领域带来更多的可能性和创新。
浅谈BIM技术在碰撞检测中的应用
摘要】碰撞检测问题是BIM应用的技术难点，也是BIM技术应用初期最易实现、最直观、最易产生价值的功能之一。应用BIM技术进行碰撞检测，以避免空间冲突，尽可能减少碰撞，优化专项方案，避免产生工期延误、返工等现象。
【关键词】碰撞检测；BIM技术；优化
引言
随着我国的社会经济以及科学技术的进步，我国的建筑行业也得到飞速发展，而BIM技术在建筑行业中得到越来越广泛的应用，尤其是BIM技术在碰撞检测中的应用。以BIM技术为代表的三维协同设计技术的应用，在缩短设计周期、降低设计成本、提高设计水平和质量等方面起到了促进作用。BIM技术不仅仅改变设计手段，对于企业的技术创新、管理创新和企业的转型发展也具有深远的影响，未来必定是行业信息化建设的重点。
1 BIM技术的概述
BIM(Building Information Modeling)是“建筑信息模型”的简称；BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等五大特点，BIM 把建筑业业务流程和表达建筑物本身的信息更好地集成起来，从而提高整个行业的效率。BIM是一种技术、一种方法、一种过程，它既包括工程项目全生命周期的信息模型，同时又包括工程项目管理行为的模型。
BIM技术的出现只有几年时间，且本身并不完善，目前并未在整个建筑行业完全推广开来。因此现存的大部分建筑其设计均是使用传统方式以二维信息的形态进行绘制，没有BIM。在这种情况下，就需要根据该项目的具体情况自行运用BIM技术（Revit Architecture软件）绘制建筑空间模型，并将能获取的与建筑水、电、结构、机械相关的信息绘入项目的BIM模型中，再在此基础上进行装饰构件模型的绘制，并进行碰撞检测。
BIM技术的应用实践初期中碰撞检测是最为实用也是最容易实现，最有价值的一项功能了，它可以将二维图纸上的内容利用软件转换为三维的模型，更加直观地表现建筑项目中的一些信息，可以轻易地暴露出图纸上隐藏的一些空间问题以及其他的问题等，是一个更好地解决问题的过程，一个很好的校正过程，在实际的应用当中也可以是一个很好的模拟施工的重要环节，可以将设计的过程更加精细化，提高设计的质量，同时也能够对施工成本和工作量等有一个良好的预算，有效地节约施工时的人力、物力、财力的投入，大大缩减了施工工期，对于施工管理以及日后对个工程的维修工作等都有很大的帮助，所以一个好的建筑模型的建立对于施工过程甚至是整个建筑行业都有着很重要的意义。
