基于多视角的动态八叉树碰撞检测算法
八叉树碰撞检测算法
八叉树碰撞检测算法八叉树碰撞检测算法是一种经典的碰撞检测技术，被广泛应用于计算机图形学、游戏开发和物理模拟等领域。
它利用了八叉树的数据结构和分割空间的思想，能够高效地检测多个物体之间的碰撞关系。
八叉树是一种用于划分三维空间的树状结构，其每个节点都代表一个立方体区域。
初始时，整个空间被表示为一个根节点的立方体。
随着物体的增加，空间会逐渐被划分为更小的立方体，直到满足某个终止条件（例如每个立方体内最多只有一个物体），或者达到了预定义的树的深度。
每个节点可以有最多八个子节点，分别代表了当前节点所表示的立方体区域被划分为八个相等的子区域。
在使用八叉树进行碰撞检测时，我们首先需要将场景中所有的物体都插入到八叉树中。
插入过程中，我们会根据物体的位置和尺寸，将其逐级插入到对应的节点中。
如果一个物体跨越了多个节点的边界，则会被插入到每个相交的节点中。
当需要进行碰撞检测时，我们可以通过递归地遍历八叉树来寻找可能发生碰撞的物体。
具体地，从根节点开始，我们会与当前节点表示的立方体区域进行碰撞检测。
如果当前立方体与我们所关注的物体存在碰撞，那么我们会进一步检测当前节点的子节点。
递归地对子节点进行相同的碰撞检测，直到遍历到叶子节点或者不再有子节点。
八叉树碰撞检测算法的优势在于它能够有效地减少检测的次数。
通过八叉树的分割策略，我们可以快速地排除与当前物体不可能碰撞的区域，从而减少碰撞检测的复杂度。
相比于简单的穷举法，八叉树碰撞检测算法能够更加高效地处理大规模的碰撞检测问题。
除了碰撞检测，八叉树还可以应用于空间索引、光线追踪等领域。
它的思想和结构也可以被扩展和优化，以适应不同的应用场景。
在实际应用中，我们需要根据具体情况对八叉树的参数进行调整，以提高算法的效率和准确性。
总之，八叉树碰撞检测算法是一种有效的工具，能够帮助我们处理物体之间的碰撞关系。
通过合理地构建八叉树数据结构和使用适当的遍历策略，我们可以在计算资源有限的情况下，高效地进行碰撞检测，提高程序的性能和实时性。
八叉树算法原理 -回复
八叉树算法原理-回复八叉树算法原理：一种用于划分三维空间的数据结构在计算机图形学和三维空间数据处理领域中，八叉树（Octree）算法被广泛应用于场景建模、碰撞检测、体积渲染等任务中。
八叉树是一种用于划分三维空间的数据结构，通过将三维空间递归地划分为八个互不相交的子空间，使得对三维空间的搜索和查询操作变得高效。
本文将一步一步回答八叉树算法的原理。
步骤一：初始空间划分八叉树的初始空间划分是为了适应不同场景的需求，并且确保八叉树的结构是平衡的。
初始空间划分通常是通过选择一个包围整个场景的边界框（Bounding Box）来实现的。
边界框可以是场景中所有物体的包围盒，也可以是用户手动设定的整个场景的边界。
然后，将边界框递归地划分为八个互不相交的子空间。
步骤二：节点分裂在八叉树中，每个节点代表了一个子空间。
节点可以分为两种类型：内部节点和叶子节点。
内部节点用于表示当前空间是否进一步划分的决策，而叶子节点用于存储具体的场景信息。
在八叉树的构建过程中，当一个节点需要进一步划分时，就会进行节点分裂操作。
节点分裂是根据空间内的物体分布情况来进行的。
通常情况下，如果当前空间内存在物体，则将当前节点划分为八个互不相交的子空间，并将物体分别放入对应的子空间。
如果当前空间内不存在物体，或者物体数量低于某个阈值，则将当前节点标记为叶子节点，不再进一步划分。
步骤三：递归分裂八叉树算法的核心在于递归地对子空间进行分裂操作。
在构建八叉树时，首先从根节点开始，判断当前节点是否需要进行分裂。
如果当前节点为叶子节点，则可以根据需要设置叶子节点的数据结构，例如存储物体的索引、颜色等信息。
如果当前节点为内部节点，则需要对当前节点的八个子空间递归地进行分裂操作。
递归分裂操作将持续进行，直到所有空间都被适当地分裂成叶子节点。
在分裂过程中，可以根据需要调整每个子空间的大小和形状。
通常情况下，当子空间内的物体数量达到某个阈值时，将停止分裂，并将当前节点标记为叶子节点。
基于多视角的动态八叉树碰撞检测算法
基于多视角的动态八叉树碰撞检测算法
齐晓松;胡青泥;刘晶
【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2006(032)005
【摘要】碰撞检测是虚拟制造系统的重要组成部分,快速精确的碰撞检测算法直接决定仿真效果的好坏.在基于JAVA 3D的虚拟切削系统中,由于JAVA 3D原有的碰撞检测算法不完善,存在误判和误差较大的问题.提出了基于多视角的动态八叉树碰撞检测算法,可避免误判,减小原来的误差,实现了对JAVA 3D碰撞检测算法的改进.【总页数】5页(P54-57,61)
【作者】齐晓松;胡青泥;刘晶
【作者单位】大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁,大连,116023;大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁,大连,116023;大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,辽宁,大连,116023
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于射线的虚拟手动态碰撞检测算法 [J], 朱希安;徐宇翔
2.一种基于八叉树与流水线技术的快速碰撞检测算法 [J], 李山;赵伟;李菲
3.基于八叉树精确划分型值点的碰撞检测算法 [J], 崔云飞;苏凡囤;王海涛;郑桂凯;赵洋;刁孝发
4.基于碰撞检测算法的动态服装仿真研究 [J], 张华忠;侯进
5.基于混合八叉树的动态对象碰撞检测算法 [J], 熊心一; 姚宇
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八叉树碰撞检测算法
八叉树碰撞检测算法摘要：1.八叉树碰撞检测算法概述2.八叉树的结构和特点3.八叉树碰撞检测算法的实现4.八叉树碰撞检测算法的优缺点5.八叉树碰撞检测算法的应用场景正文：【八叉树碰撞检测算法概述】八叉树碰撞检测算法是一种用于检测两个物体之间是否发生碰撞的算法，适用于游戏、模拟和可视化等领域。
该算法以八叉树为数据结构，通过对物体的边界进行划分，从而实现快速、精确的碰撞检测。
【八叉树的结构和特点】八叉树是一种四叉树的变体，其每个节点最多有八个子节点。
与四叉树相比，八叉树具有更高的空间利用率和更快的搜索速度。
八叉树的主要特点如下：1.每个节点最多有八个子节点，子节点按顺序排列。
2.每个节点的边界框可以与其子节点的边界框相互转换。
3.八叉树的层数越多，其搜索速度越快，但空间利用率降低。
【八叉树碰撞检测算法的实现】八叉树碰撞检测算法的实现主要包括以下步骤：1.将物体的边界框转换为八叉树节点。
2.遍历八叉树，检测物体间的相互作用。
3.通过比较物体边界框的交集和八叉树节点的层数，判断物体是否发生碰撞。
【八叉树碰撞检测算法的优缺点】八叉树碰撞检测算法具有以下优缺点：优点：1.快速：八叉树的搜索速度较快，尤其适用于检测大量物体之间的碰撞。
2.精确：八叉树可以精确地表示物体的边界，从而实现精确的碰撞检测。
缺点：1.存储空间：八叉树的存储空间较大，可能会导致内存消耗较高。
2.算法复杂度：八叉树的构建和搜索算法相对复杂，可能需要较高的计算资源。
【八叉树碰撞检测算法的应用场景】八叉树碰撞检测算法广泛应用于以下场景：1.游戏开发：在游戏中，八叉树碰撞检测算法可以实现实时、精确的角色与场景之间的碰撞检测。
2.模拟仿真：在模拟仿真领域，八叉树碰撞检测算法可以提高仿真速度和精度。
一种基于八叉树的OBB包围盒碰撞检测方法
一种基于八叉树的OBB包围盒碰撞检测方法周俊玮;万宇;万旺根;林继承;陶道【摘要】碰撞检测技术是大规模复杂场景渲染的关键技术之一,它可以有效地提高虚拟环境的真实感和沉浸感.碰撞检测的研究目标是如何在很高的实时交互要求下完成大量复杂物体的相交检测.提出一种将场景图中的OBB包围盒以八叉树的形式划分,并利用八叉树的层次结构实现有效碰撞检测的方法,该方法从宏观到微观的搜索方式可以快速确定需要进行相交检测的对象列表,有效地避免所有几何节点与运动节点的相交检测,提高了碰撞检测的效率,并且采用OBB包围盒来描述几何模型,有效地提高碰撞检测的精度.【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2009(026)004【总页数】3页(P75-77)【关键词】八叉树;碰撞检测;有向包围盒【作者】周俊玮;万宇;万旺根;林继承;陶道【作者单位】上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;香港科技大学,香港;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072;上海大学通信与信息工程学院,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 26 卷第 4 期2009 年 4 月计算机应用与软件 Computer ApplicationsandSoftware Vol.26No.4Apr.2009一种基于八叉树的 OBB 包围盒碰撞检测方法周俊玮1 万宇 2 万旺根 1林继承1 陶道 1 1（上海大学通信与信息工程学院上海 200072 ） 2（香港科技大学香港）摘要碰撞检测技术是大规模复杂场景渲染的关键技术之一，它可以有效地提高虚拟环境的真实感和沉浸感。
碰撞检测的研究目标是如何在很高的实时交互要求下完成大量复杂物体的相交检测。
提出一种将场景图中的 OBB 包围盒以八叉树的形式划分，并利用八叉树的层次结构实现有效碰撞检测的方法，该方法从宏观到微观的搜索方式可以快速确定需要进行相交检测的对象列表，有效地避免所有几何节点与运动节点的相交检测，提高了碰撞检测的效率，并且采用 OBB 包围盒来描述几何模型，有效地提高碰撞检测的精度。
运用改进的八叉树算法实现精确碰撞检测
第17卷第12期2005年12月计算机辅助设计与图形学学报JO U RNAL OF COM PU T ER -AI DED DESIGN &COM PU T ER GRA PHI CS Vol 117,N o 112Dec 1,2005收稿日期:2004-10-20;修回日期:2005-02-20基金项目:国家自然科学基金(60273044,60573174);安徽省自然科学基金(01042201);中国科学院/百人计划0运用改进的八叉树算法实现精确碰撞检测刘晓平1,2)翁晓毅1) 陈 皓1) 曹 力1)1)(合肥工业大学计算机与信息学院 合肥 230009)2)(中国科学院等离子体物理研究所CAD 室 合肥 230031)(lxp@mail 1hf 1ah 1cn)摘要 提出一种精确碰撞检测算法,通过计算空间多面体之间距离实现碰撞检测功能1在计算2个多面体之间距离时,运用空间层次划分技术高效地寻找多面体中充分接近的三角面片,然后在这些三角面片中进行距离计算,以提高算法效率;同时运用改进的八叉树层次分割算法,与基本八叉树算法相比,减少了算法的空间复杂度1文中算法已经在超导T okamak 实验装置(EAST )虚拟装配仿真系统的碰撞检测模块中得到应用,通过实验比较,证明了该算法的可行性1关键词 碰撞检测;多面体;八叉树;空间复杂度;超导T okamak 实验装置;虚拟装配;仿真中图法分类号 T P391172An Improved Algorithm for Octree -Based Exact Collision DetectionLiu Xiaoping 1,2) Weng Xiaoy i 1) Chen Hao 1) Cao Li 1)1)(School of Comp uter &I nf or mation ,He f ei Univ ersity of Technology ,H e f ei 230009)2)(CAD Section ,I nstitu te of Plasma Physics,Chinese Acade my o f Sciences,He f ei 230031)Abstract T his paper introduces an improved method of exact collision detection by means of computingthe distance among space polyhedra 1The poly hedron is represented by a set of triangles,as the most funda -mental components of complex objects in common 3D applications 1In calculating the distance betw een tw o polyhedra,it is im portant to search efficiently the closest triangles using the technology of space hierarchical div ision algorithm such as octree division method 1This octree method w ould divide the environment and g et the most possible parts of v irtual scene effectively and easily in real time 1T he paper also improves octree d-i vision algorithm by decreasing space complex ity in contrast to ordinary octree algorithm 1This algorithm has been applied to the ex periment advanced superconducting Tokamak(EAST)virtual assembly sim ulation sys -tem ,a project demanding exact collision detection in its assembly processing 1After testing and comparison with other collision detection methods,this algorithm proves to be feasible 1Key words c ollision detection;polyhedron;octree;space complexity;experiment advanced superconducting Toka -mak;virtual assembly;simulation0 引 言随着计算机图形学、仿真技术和硬件技术的发展,对真实且复杂的现实世界实现高质量的计算机模拟一直是研究热点,因此开发高效碰撞检测技术具有重要的现实意义1碰撞检测算法的效率不仅取决于基本干涉检测算法的效率,也与基本检测算法使用的次数有很大关系,因而实现高效碰撞检测的关键是对那些在碰撞真正发生处的三角面片进行碰撞检测[1]1由于实际应用的需要,有时需要对复杂大装置进行虚拟仿真,导致场景中三角面片数量非常庞大1而对场景中每个三角面片进行碰撞检测是无法忍受的,因此必须对场景进行层次剖分,在真正发生碰撞的局部三角面片之间进行碰撞检测1本文算法分为2步:1)场景的八叉树生成与寻找实际发生碰撞的叶子节点;2)计算叶子节点中三角面片间的距离11改进的八叉树碰撞检测111传统八叉树碰撞检测算法的缺陷以层次模型为基础的八叉树干涉检测算法[2-3]是一个空间非均匀网格剖分算法,该算法存在2个主要的缺陷:1)八叉树结构的存储所需要的存储量过大;2)运算量大1在动态装配过程中,每次调入一个部件进行装配,部件本身不会发生变化,变化的只是部件整体的位置1因此在动态装配之前,可以在将部件调入系统的同时生成八叉树,然后该部件的八叉树模型不再发生改变1由于存在上述2个不足之处,使得八叉树算法在应用时有很大的局限性,尤其是第1个缺陷,进行复杂场景的虚拟装配时系统的内存消耗巨大,因此本文提出了一种改进的八叉树碰撞检测算法,较好地解决了这个问题1112改进的八叉树碰撞检测算法本文算法采用线性八叉树编码[4-6],2种算法的八叉树节点数据结构对比如图1a,1b所示1线性八叉树为了节约内存,节点的宽度和中心位置被省略,仅保留原来内容中/是否可分0标记,并新增加一个整数节点编码;同时新引入叶子节点链表,如图1c 所示1当八叉树层数>1时,叶子节点的数量总比枝的数量少,层数越多,叶子的数量比枝的数量少得越多1避免存储大量无用的/枝0可以大大节约内存的消耗1图12种算法八叉树节点结构比较与叶子节点链表结构八叉树节点的编码方法采用Glassner算法中的编码方法[7],每个节点具有相同的编码长度1将每一节点的8个子节点标示为1~8的整数,并将父节点的标示号置于其子节点标示号之前来构造子节点的编码1采用这种编码方法,可以根据叶节点的编码得知其所有父节点的编号及空间位置,既节约了内存,又可以保持八叉树的层次结构1在超导Tokamak实验装置(Experiment Advanced Superconducting Tokamak,EAST)虚拟装配过程中,由于虚拟行车的移动是随意的,因此其每移动一步,都需要遍历场景中所有静止部件的八叉树叶子节点链表与所有移动部件的八叉树叶子节点链表;同时根据每个叶子节点链表编码,计算出该叶子节点的中心位置与宽度,进行节点之间的相交判断1在取得发生相交的叶子节点中场景点列的首地址和三角形数量后,可以利用简单的三角面片距离算法求得三角形之间的最小距离,对小于特定间距的三角面片认为发生碰撞12基于三角面片间距的基本干涉检测算法计算空间物体之间的距离在计算机动画与虚拟仿真等许多领域有着非常广泛的应用[7],目前对使用边界表示的凸多面体有2种主要的间距算法:最接近特征算法[8-9],基于单一的算法[10]1其中最接近特征算法(如Lin-Canny,V-Clip等)需要额外构造Voronoi特征区域1由于这2种算法都只能应用于凸多面体模型,故受到一定的限制[7]1由于计算空间中2个三角面片之间的距离可以转化为计算线段与三角形之间的最小距离问题,因此计算2个三角形之间的距离可以转化为计算6次线段与三角形之间的距离,如图2所示1因为只计2632计算机辅助设计与图形学学报2005年算一个三角形的3条线段与另一个三角形的最小间距并不能完全保证计算正确(如图2b 中的特例),所以另一个三角形的线段也需要相应计算3次,总共需要计算6次线段与三角形的距离,在这6个计算结果中选取最小值作为三角形之间的最小间距1图2 2个不同空间位置的三角形图3 三维空间中线段与三角形的3种相对位置计算三维空间中线段与三角形之间的距离分为下面3种情况:情况11线段与三角形所在的平面共面,距离为0(如图3a 所示);情况21线段穿过三角形所在的平面,即2个端点分别处在平面两侧(如图3b 所示);情况31线段未穿过三角形所在的平面,2个端点处在平面同侧(如图3c 所示)1对于情况2,求线段p 1p 2与三角形所在的平面的交点p 01如果p 0处于三角形内部(如图3b 所示),则距离为0;如果p 0在三角形外部,则分别求该线段与组成三角形三边的3条线段之间的距离,取其最小距离1对于情况3,需要分别从线段2个端点向三角形所在平面做投影1如果2个投影点皆在三角形内部(如图3c 所示),则取线段2个端点到平面的最近距离,即图3c 中p 2p 4之间的距离;如果2个投影点皆在三角形外部或一个在内部一个在外部,则分别求该线段与组成三角形三边的3条线段之间的距离,取其最小距离1这样,可以将线段到三角形之间的求距离转化为线段之间的求距离操作,可以运用经典的三维空间线段求距离计算算法实现[11]13 实验结果与比较我们参与了中国科学院等离子体物理研究所/百人计划0课题数字反应堆系统的开发工作,该系统需要对实验装置EAST 进行虚拟装配1EAST 是一个先进的全超导托卡马克实验装置,该装置造价昂贵、结构复杂,因此在其实际装配前必须进行虚拟装配仿真、寻找一条可行的装配路径与装配序列,这对装配部件进行验收具有十分重要的意义1与装配部件的设计图纸相比,由于实际加工过程中存在着10m m 的加工误差,因此虚拟装配系统必须实时反映吊装部件与其他部件之间的最小距离必须小于10mm ,以免发生碰撞,造成设备损坏1本文算法较好地满足了这些装配的具体要求1根据EAST 装配的实际过程,首先将装置的底座安放在装配大厅中央;然后逐步将其余部件吊装在底座之上1其中,真空室、冷屏与超导极向磁场线圈的装配过程较为复杂,需要首先将真空室吊装在支座上,然后再吊装冷屏,最后是超导极向磁场线圈,称之为/三环套装0,在吊装的过程中决不允许有碰撞发生1本文算法采用/三环套装0中的一步作为实验场景,其中装置底座由31996个三角形组成,真空室有63780个三角形,冷屏有4990个三角形,场景总共有100766个三角形1我们在CPU 为P Ô210GH z,内存768M B,显卡采用NVIDIA Quadro4,显存128MB 的微机上,利用OpenGL P GLUT 图形库对此复杂场景进行了算法测试1图4所示分别展示了该系统的2幅场景图,从图中可以看出,本文算法不仅能指示出部件是否发生碰撞,还可以指示出发生碰撞处的区域(如图4b 所示),发生碰撞的部位颜色发生改变1表1中列举了本文算法在不同层次与叶子节点最大三角形数目条件下的八叉树生成时间与叶子节点的数目1可以看出,不同的八叉树层次与叶子节点最大三角形数目对八叉树生成时间与内存占用有很大的影响1263312期刘晓平等:运用改进的八叉树算法实现精确碰撞检测a冷屏向真空室的吊装过程b冷屏与真空室发生碰撞图4冷屏吊装的2个状态表1不同参数设置时八叉树生成时间与叶子节点的数目比较部件名层次P叶子节点最大三角形数目5P100生成八叉树时间P s叶子节点数目6P50生成八叉树时间P s叶子节点数目7P30生成八叉树时间P s叶子节点数目底座1166220792134361423117514796真空室3113522484118664735126814939冷屏0121022401271541013511297表2所示为在不同八叉树类型下向真空室虚拟吊装冷屏时的平均场景流畅度与平均内存消耗1从表2中可以看出,随着八叉树层次的增多,运用本文算法节约的内存数量也随之增多1因此,对大场景进行八叉树层次分割时,采用本文算法可以在一定程度上减少内存消耗1与Open Inventor可视化环境[12]自身的碰撞检测算法相比,本文算法在流畅度方面大致保持不变(冷屏套住真空室时01017帧P s),同时可以检测出具体发生碰撞处的三角面片1表2不同八叉树类型下虚拟吊装冷屏时的场景流畅度与内存消耗层次P叶子节点最大三角形数目冷屏在真空室外时的场景流畅度P帧P s冷屏套住真空室时的场景流畅度P帧P s本文算法的内存消耗P KB普通八叉树算法的内存消耗P KB节约的内存数量P KB5P10011695010113474435700956 6P50012170101740012413441332 7P300103701018482965089225964结论与不足本文算法成功地运用于复杂的核聚变实验装置EAST的虚拟装配仿真系统中,取得了较好的效果;同时可以看出,本文算法在满足实际装配要求的前提下,明显地降低了空间复杂度1由于实验场景的复杂性,本文算法虽然比利用Open Inventor可视化环境自身的碰撞检测算法有所改进,但是场景的流畅性仍无法得到提高,这可能与参与比较的三角面片数目过多有关1若采用更加高效的三角面片间距计算可以进一步提高算法的效率1参考文献[1]Jimenez P,T homas F,Torras C13D collisi on detection:A sur-vey[J]1Computers&Graph i cs,2001,25(2):269~285 [2]Jack i ns C L,T animoto S L1Octree and their use in representingthree-dimensional objects[J]1Computers&Graphics,1980,14(3):249~270[3]Wu M inghua,Yu Yongxiang,Zhou Ji1An octree algorithm forcolli sion detection using space partition[J]1Chinese Journal ofComputers,1997,20(9):849~854(in Ch i nese)(吴明华,余永翔,周济1采用空间分割技术的八叉树干涉检验算法[J]1计算机学报,1997,20(9):849~854)[4]Gargantini I1Linear octrees for fast processing of three-dimen-si onal objects[J]1Com puters&Graphics,1982,20(4):365~3742634计算机辅助设计与图形学学报2005年[5]Samet H,W ebber R E1Hierarch ical data s tructures and algo-rithms for computer graphics[J]1IEEE Computer Graphics andAppli cati ons,1988,8(4):59~75[6]Glassner A S1S pace subdivision for fast ray tracing[J]1IEEEComputer Graphics and Applications,1984,4(10):15~22 [7]Kaw achi Katsuaki,Suzuki H iromasa,Kimura Fumihiko1Dis-tance computation betw een non-convex polyhedra at short rangebased on discrete Voronoi regions[A]1In:Proceedings of IEEEGeometric M odeling and Processing2000(Theory and Applica-tions),H ong Kong,20001123~128[8]Lin M C,Canny J F1Efficient algorithm for i ncremental dis-tance computation[A]1In:Proceedings of IEEE Conference onRobotics and Automation,Sacramento,Californi a,199111008~1014[9]M irtich B1V-Clip:Fast and robust polyhedral collision detection[R]1Cambridge,M ass achuse tts:M itsubishi Electric InformationT echnology C enter America,TR-97-05,19971177~208 [10]Gilbert E G,Johns on D W,Keerthi S S1A fast procedure forcomputi ng the distance betw een complex objects in three-dimen-sional space[J]1IEEE Journal of Robotics and Automation,1988,4(2):193~203[11]Sunday Dan1Distance betw een lines and segments w ith theirclosest poi nt of approach[OL]1http:M s oftsurfer1com P Archive Palgorithm0106P algorithm01061htm,2004[12]Open Inventor410manual[OL]1http:M w w w1tgs1com P,2004刘晓平男,1964年生,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为CA D&CG 1翁晓毅男,1979年生,硕士,主要研究方向为计算机图形学1陈皓男,1981年生,博士研究生,主要研究方向为计算机图形学1曹力男,1982年生,硕士研究生,主要研究方向为计算机图形学1263512期刘晓平等:运用改进的八叉树算法实现精确碰撞检测。
八叉树算法原理 -回复
八叉树算法原理-回复什么是八叉树算法？八叉树算法是一种数据结构和算法的组合，用于高效地存储和处理三维空间中的对象。
它利用树结构的特点将空间划分为八个等大小的子空间，以快速地进行搜索、插入和删除的操作。
八叉树算法广泛应用于计算机图形学、计算机视觉、自动驾驶等领域。
八叉树算法原理和流程1. 空间划分：八叉树的核心思想是将三维空间划分为八个等大小的子空间。
首先，确定待存储空间的边界框（bounding box），将其划分为八个子区域。
每个子区域即为一个八叉树节点，其中包含该子区域的边界框和对应的数据。
该划分可以递归地进行，直到满足某个终止条件，如划分后的子区域大小不超过预设阈值。
2. 数据插入：新的数据项要插入到八叉树中时，首先需要确定其位置所属的子区域。
根据边界框和数据项的位置关系，递归地遍历八叉树节点，直到找到合适的子区域。
如果子区域中已经存在数据项，可以选择覆盖原有数据或者使用合适的算法进行冲突解决。
3. 数据查询：八叉树算法在进行数据查询时能够高效地剪枝无关的子区域。
首先，根据查询条件和当前节点的边界框关系，判断是否需要进一步遍历子区域。
如果不需要，直接返回当前子区域中的数据项。
如果需要，递归地遍历子区域，直到找到符合查询条件的数据项。
通过这种方式，可以避免不必要的遍历操作，提高查询效率。
4. 子空间合并：在插入或删除操作后，八叉树可能会出现某些子区域为空的情况。
为了减小存储空间的消耗，可以进行子空间的合并操作。
合并操作包括两个方面：一是合并相邻的空子区域，减少八叉树的深度；二是合并具有相同数据项的子区域，减少重复存储的数据。
5. 其他操作：除了插入和查询操作，八叉树算法还可以支持其他常用操作，如删除、修改和遍历等。
删除操作需要找到待删除数据项所属的子区域，然后进行删除或标记操作。
修改操作和查询操作类似，首先找到待修改数据项所属的子区域，然后进行相应的修改。
遍历操作可以逐个访问八叉树中的所有数据项，以便进行全局分析或其他处理。
threejs 八叉树 碰撞检测原理
八叉树是一种用于空间划分和快速搜索的数据结构。
在3D图形学中，八叉树被广泛应用于碰撞检测和场景管理等方面，而在three.js中，八叉树也扮演着重要的角色。
本文将从基本原理到实际应用，深入探讨three.js中八叉树的碰撞检测原理。
一、八叉树的基本原理八叉树是一种四叉树的扩展，用于将三维空间递归地划分为八个相等的子立方体。
这种分割方式使得空间能够被高效地表示和搜索，同时也适用于各种不规则的形状。
在碰撞检测中，八叉树能够快速地确定哪些物体可能相交，从而减少了不必要的计算。
二、three.js中八叉树的应用在three.js中，八叉树通常用于加速碰撞检测。
通过将场景中的物体进行空间划分，可以快速地确定哪些物体可能发生碰撞。
这对于实时渲染和交互式应用非常重要，能够显著提高性能和用户体验。
三、八叉树的构建和更新在使用八叉树进行碰撞检测时，需要首先构建整个场景的八叉树。
一般来说，这是一个耗时的过程，但在three.js中，可以通过一些优化的算法和数据结构来加快构建速度。
由于场景中的物体可能在运动或变形，因此需要及时更新八叉树以保持准确性。
四、个人观点和理解在我看来，八叉树作为一种高效的空间数据结构，对于碰撞检测等计算密集型任务有着重要的作用。
在使用three.js进行3D图形开发时，八叉树的应用可以大大提高性能，使得复杂的场景和交互更加流畅和真实。
总结回顾通过本文的介绍和讨论，我对three.js中八叉树的碰撞检测原理有了更深入的理解。
八叉树作为一种空间数据结构，在三维图形学和游戏开发中扮演着重要的角色。
在实际开发中，深入理解八叉树的原理和应用，对于提高性能和用户体验至关重要。
以上是我对three.js八叉树碰撞检测原理的思考和总结，希望对您有所帮助。
八叉树是一种用于空间划分和快速搜索的数据结构，通常用于加速碰撞检测和场景管理。
在3D图形学和游戏开发中，八叉树被广泛应用，而在现代的Web开发中，利用three.js库实现八叉树的碰撞检测也变得越来越普遍。
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基于多视角的动态八叉树 碰撞检 测算 法
齐 晓松 ， 胡青泥 ， 刘 晶
（ 大连理 工大学精密 与特种加工教育部重点实验室 ， 宁大连 ，１０３ 辽 １６ ２）
摘要
碰撞检 测是虚拟 制造 系统的 重要 组成部分 ， 快速精 确 的碰撞检 测 算法 直接 决定仿真 效果 的好坏 。在基 于
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第０ ６ 第 ５ ３ 年 Ｏ月 ２ ２０卷 １ 期
东华大学学报 （ 自然科学版 ） ＲＳＴＹ Ｊ ＵＲ Ｏ ＮＡｌ Ｏ ＮＧＨＵＡ ＵＮＩ Ｅ Ｉ Ｆ ＤＯ Ｖ
Ｖ １ ２ Ｎ ．５ ０ ．３ ． ｏ
０Ｃ．２ ０ ｔ ０６
默认的情况下用简单的几何形体 （ 如球或立 方体）
来代替被检测对象 ， 这样就会将被检测物体的检 测 范围放大 ， 出现 实际上两个物体并没有 发生碰撞 ，
撞检测问题涉及到检测方法的复杂性、 检测算法 的 可靠性和效率等 ， 不同的检测算法具有不同的特点
和面向不同的应用对象【４ ３］的求交测试 问题 ； 按对象所处 的空间可分为二维平面碰撞检测和三维空 间碰撞 检测 ， 平面碰撞检测相对简单一些 ， 已经有较为成
Ｃ ｌｓｏ Ｅ ｔｙ和 Ｗ ａ ｅ ｐ Ｃ ｌ ｓ ｎ ｘｔ ， 这 ｏｌ ｉｎ ｎ ｒ ｉ ｋ ｕ Ｏｎ ｏｌ ｉ Ｅ ｉ ｉｏ ｔ ，
两个类在构 造的时候 要求提供 被检 测 的范 围 （ 类
Ｂ ｕ ｄ 的子类） ｏ ｎｓ 或三维对象 （ Ｎ ｄ 的子类） 类 ｏｅ 。当 场景图中的任何对象 与被检测 的对 象 （ 范围） 或 发 生 碰撞 时 ， ｋ ｕ Ｏ Ｃ ｌｓ ｎ ｎｒ Ｗａｅ ｐ ｎ ｏ ｉ ｏＥ ｔ ｌｉ ｙ就 会被 唤 醒 （ ｋ ｕ ） 当碰撞解除时 Ｗａ ｅｐ ｎ ｏ ｉｏ Ｅ ｉ Ｗａｅｐ ， ｋｕ Ｏ Ｃ ｌｓ ｎ ｘ ｌｉ ｔ
的基础上 ， 用动态 八叉树 的方 法， 采 根据一定 的分
解条件将检测范围进行一定层次的细分 ， 将误差逐 渐减小 ， 最后实现精确 的碰撞检测。 八叉树 法是一种表示形体的分解方法 ， 在复杂 三维体空间表达 、 求解体空 间中的面模型和体模型
究发现 ，Ａ Ｄ为了简化碰撞检测 的计算量 ， Ｊ ＶＡ ３ 在
改进 。
关键词 ： 虚拟制造 ， 碰撞检 测， 态八又树 ，Ａ Ｄ 动 Ｊ ＶＡ ３ 中图分类号 ： Ｐ３ １ Ｔ ９
精确的碰撞检 测对于提高虚拟仿真 系统的拟
归结为一般 的求交问题， 针对不同的应 用对象 ， 碰
真度、 增强虚拟环 境的沉浸感 有着至关重 要的作 用， 而虚拟环境 自身的复杂性和实时性也对碰撞检 测提出了更高的要求 ， 因此 ， 碰撞检测成为虚拟仿 真研究中的一个热点问题［２ １］ ｌ。 作为一种虚拟建模 语言 ，Ａ Ａ ３ Ｊ Ｖ Ｄ是一个应 用程序接 口（ Ｐ）用来书写带有三维 图形 的应用 Ａ Ｉ， 程序和 Ａ ｐ ｔ ｐ ｌ 。它将 Ｊ ＶＡ“ ｅ Ａ 一次书写 ， 随处运行” 的优点带给 了三维图形程序， 使得 Ｊ ＶＡ ３ Ａ Ｄ能运 行于多种平台。另外 ， 采用Ｊ Ｖ Ｄ Ａ Ａ ３ 编写的应用程 序和 Ａ ｐｅ 可以访问所有的Ｊ Ｖ ｐｌ ｔ Ａ Ａ类 ， 使它易于与 Ｉｔ ｎｔ ｎｅ ｅ 集成。综合 以上的优点 ，Ａ Ａ ３ ｒ Ｊ Ｖ Ｄ在虚拟 制造中得到广泛的应用。但是 Ｊ Ｖ Ｄ在进行碰 Ａ Ａ３ ， 撞检测时存在较大误差 ， 不能满足系统精确碰撞检 测的要求 ， 尤其 当被检测的物体运 动时 ， 如果视角 选择不合适还会得 出错误的检测结果。针对 这些 不足 ， 本文提出了基于多视角的动态八叉树碰撞检 测算法来改进 Ｊ Ｖ Ｄ原有的检测算法 ， Ａ Ａ３ 从而在 基于 Ｊ Ｖ Ｄ的虚拟切削系统中实现精确的碰撞 Ａ Ａ３ 检测。
熟 的检测算法 ， 三维空 间碰撞检 测 则要复杂得 而 多。如果按照模型的构造模式划分 ， 可分为面模型
碰撞检测和体模型碰撞检测 ， Ａ Ａ ３ Ｊ Ｖ Ｄ的碰撞检
测算法就是基于体模型。下面介绍 Ｊ Ｖ Ｄ的碰 Ａ Ａ３ 撞检测算法。 Ｊ ＶＡ ３ Ａ Ｄ提供了两个碰撞检测类 Ｗａｅｐ ｎ ｋｕＯ
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齐 晓松 ， ： 等 基于多视角的动态八义树碰撞检测算法
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认为发生了碰撞 ； 即使视角合适 ， 当两个物 体之 间 还有一定距离实际上并没有发生碰撞时 ，Ａ Ａ ３ Ｊ Ｖ Ｄ
的碰撞检测算法 也会 认为已经发生碰撞。经过研
就会 被 唤 醒。所 以把 它们 作 为 唤 醒条 件 加入 到
Ｂ ｈｖ ｒ 中， 可 以 在 Ｂｈｖ ｒ类 的 Ｐｏｅ ｅａ ｏ 类 ｉ 就 ｅａｉ ｏ ｒ ｓ ｃｓ
１ Ｊ ＡＶＡ３ 的碰 撞 检 测 算 法 及 Ｄ
其存在 的误 差
碰撞检测 问题是确定不 同的物体在空 间是 否 占有相同区域 的问题 。同时碰撞 检测 问题不应仅
Ｓｉｕ ｓ ｔ ｌ 过程中处理碰撞发生后或解 除后要做 的控 ｍ ｕ 制 。据此 ， 设计了一个碰撞检测的试验 ， 使用时将检
测对象传给构造函数 ， 但是试验结果不理想。如果视 角选择不 当， 尽管实际上没有发生碰撞 ， 可是从视点 看过去， 如果两个被检测物体重叠在一起 ， 系统会误
收稿 日 ： ０ ６ Ｏ — Ｏ 期 ２ ０ 一 ４ ２
Ｊ ＶＡ ３ Ａ Ｄ的虚拟切 削 系统 中， 由于 Ｊ ＶＡ ３ Ａ Ｄ原有 的碰 撞检 测算法不 完善 ， 在误判和 误差较大的 问题 。提 出了 存 基 于多视 角的动 态八 又树碰 撞检 测 算 法 ， 可避免 误 判 ， 小原 来 的误 差 ， 减 实现 了对 Ｊ ＶＡ ３ Ａ Ｄ碰 撞检 测 算法 的