高速虚拟仿真物体的碰撞检测方法

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虚拟现实中的碰撞检测技术研究与设计

虚拟现实中的碰撞检测技术研究与设计虚拟现实（Virtual Reality，VR）作为一种全新的交互方式和体验形式，已逐渐渗透到多个领域，包括游戏、娱乐、教育、医疗等。

在虚拟现实中，碰撞检测技术是确保用户与虚拟环境之间具有真实互动的重要组成部分。

本文将针对虚拟现实中的碰撞检测技术进行研究与设计，探讨现有技术的问题、应用场景及未来发展方向。

首先，我们需要了解什么是碰撞检测技术。

简单来说，碰撞检测技术用于判断虚拟物体之间或虚拟物体与真实物体之间是否存在碰撞。

在虚拟环境中，通过使用碰撞检测技术，可以使用户在互动中感受到真实的物体碰撞和交互。

目前，虚拟现实中常用的碰撞检测技术主要可以分为基于物体表示（Object Representation）和基于碰撞检测算法（Collision Detection Algorithm）两种方法。

基于物体表示的碰撞检测技术主要是通过建立虚拟物体的几何模型或包围盒来表示对象，然后比较对象之间的位置、大小和形状等属性来判断是否存在碰撞。

这种方法的优点是实现简单、计算效率高。

常见的基于物体表示的碰撞检测技术包括几何模型法、包围盒法和模型缩减法。

几何模型法是一种利用虚拟物体的精确几何模型进行碰撞检测的方法。

对于每个虚拟物体，系统需要记录其精确的顶点坐标、面片信息等，然后通过对比两个物体的模型来判断是否碰撞。

这种方法的精度高，可以准确地检测碰撞，但计算复杂度也较高。

包围盒法是指使用简化的盒状模型来表示虚拟物体，并将碰撞检测的过程转化为盒子之间的相交关系。

由于盒子的计算量较小，所以这种方法在碰撞检测中较为常用。

但缺点是无法精确地检测物体之间的碰撞。

模型缩减法是一种更高级的碰撞检测技术，它通过将复杂的几何模型进行简化，如使用多边形网格等，以提高碰撞检测的速度和精度。

另一种常见的碰撞检测技术是基于碰撞检测算法的方法。

这种方法主要通过数学计算和物理模拟来判断碰撞并模拟物理反应。

常见的基于碰撞检测算法的技术包括分离轴测试法、基于网格的碰撞检测法和基于约束动力学的碰撞检测法。

虚拟环境中的碰撞检测方法

CN 81-1166/T P 计算机工程与科学　2001年第23卷第2期 ISSN 1007-130X COM PU T ER EN GIN EERIN G &SCIEN CEVo l .23,N o .2,2001　文章编号:1007-130X (2001)02-0044-04虚拟环境中的碰撞检测方法Collision Detection M ethods for Virtual Environment魏迎梅1,2,吴泉源2,石教英1WEI Ying -mei 1,2,WU Quan -yuan 2,SHI Jiao -ying 1(1.浙江大学CAD &CG 国家重点实验室,浙江杭州　310027;2.并行与分布处理国家重点实验室,湖南长沙　410073)(1.State Key Laboratory of CAD &C G ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China ;2.National Laboratory for Parallel &Distributed Processing ,Changsha 410073,China ) 摘　要:快速精确的碰撞检测对提高虚拟环境的真实性和增强虚拟环境的沉浸感有着至关重要的作用,而虚拟环境的复杂性和实时性又对碰撞检测提出了更高的要求。

本文详细介绍了两种碰撞检测方法,一是著名的基于方向包围盒的方法,二是我们提出的基于固定方向凸包的方法,并对它们进行了分析与比较。

实验证明,我们的方法不仅在性能上有所提高,而且能较好地适应复杂环境的要求。

Abstract :Efficient and ex act collision detection is v er y important to improving r eality and enhancing im mersion for virtual enviro nm ent ,and the com plex ity and r eal -time proper ty of v ir tual enviro nm ent bring new requirements to collision detectio n.This paper introduces tw o collision detection algor ithms,one is the fam ous m ethod based on the oriented bounding box ,the other is our metho d based on the fix ed direction hull.An analy sis and comparison is m ade betw een them.It is pr oved thr oug h experiments that our m ethod not o nly im prov es the per for mance,but also m eets the needs of com plex env ir onm ents.关键词:碰撞检测;方向包围盒;固定方向凸包Key words :collision detection ;or iented bounding box ;fix ed direction hull 中图分类号:TP 391.9文献标识码:A1　引言随着计算机软硬件技术的不断发展,虚拟环境已成为计算机科学的一个重要研究领域,可广泛地应用于教育、国防、医学、艺术、娱乐等多个方面。

3d碰撞检测公式_解释说明以及概述

3d碰撞检测公式解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在计算机图形学和虚拟现实领域中，碰撞检测是一个关键的概念。

它用于判断模型、物体或粒子之间是否发生了碰撞，并在碰撞发生时进行相应的处理。

而3D 碰撞检测则是在三维空间中进行碰撞检测的一种技术。

1.2 文章结构本文将以以下方式组织内容：首先介绍3D碰撞检测的定义和应用领域。

接着，我们将详细解释常用的3D碰撞检测算法和公式，包括其基本原理和数学基础。

最后，我们将通过实际案例和应用示例来分析这些算法和公式在实践中的应用效果。

1.3 目的本文旨在提供对于3D碰撞检测公式的全面解释说明并概述相关内容。

希望通过阐述其基本原理、常用算法以及具体应用案例，读者能够深入理解3D碰撞检测的工作原理及其在各个领域中的重要性。

同时，我们也致力于探讨未来可能的研究方向和发展趋势，以期推动该领域的发展和创新。

2. 3D碰撞检测公式解释说明：2.1 什么是3D碰撞检测：在计算机图形学和游戏开发中，3D碰撞检测是一种用于判断物体是否相交或触碰到其他物体的技术。

它可以应用在虚拟现实、模拟仿真、游戏物理引擎等领域。

2.2 碰撞检测的应用领域：3D碰撞检测广泛应用于各种领域，例如电子游戏中的角色碰撞、场景中物体的重叠、交通仿真中车辆的碰撞等。

它为模拟真实世界中的物体行为提供了必要的信息，并且对于增强用户体验和提升应用效果至关重要。

2.3 常用的3D碰撞检测算法和公式：在进行3D碰撞检测时，常用的方法包括包围盒检测、距离函数法、光线投射法等。

其中，包围盒检测是一种简单有效的方法，它利用一个立方体或长方体将物体包围起来，并通过比较边界框之间是否存在重叠来判断是否碰撞。

距离函数法则通过计算两个物体之间的最短距离，从而判断是否相交。

而光线投射法则利用射线与物体表面的交点来进行碰撞检测。

在碰撞检测中，常用的数学公式包括向量点乘、向量叉乘、矩阵变换等。

向量点乘可以用来计算两个向量之间的夹角和投影关系，从而判断两个物体之间的相对方位。

车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术及验证方法

车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术及验证方法汽车碰撞事故是道路交通中常见的交通事故类型之一，其发生往往造成严重的人员伤亡和财产损失。

为了预防事故的发生和提高汽车安全性能，研究人员已经开始采用车辆碰撞事故仿真模拟的方法进行事故分析和安全设计。

本文将介绍车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术及验证方法。

一、车辆碰撞事故仿真模拟的关键技术1. 车辆模型的建立和参数化车辆模型是车辆碰撞事故仿真模拟的基础，准确的车辆模型能够提供真实的碰撞结果。

车辆模型的建立包括车身、底盘、悬挂系统、发动机等部分，需要考虑到车辆结构和材料的特点。

参数化是指根据真实车辆的参数进行模型的设定，包括质量、惯性、刚度、阻尼等，以保证模拟的准确性。

2. 碰撞模型的建立和仿真方法碰撞模型是指车辆碰撞时各个部件之间的相互作用关系。

常见的碰撞模型包括刚体动量守恒定律、刚体碰撞-反弹定律、有限元模拟等。

其中，刚体动量守恒定律是一种基本的碰撞模型，它假设碰撞时动量守恒不变。

有限元模拟能够考虑车辆结构的变形和应力分布，能够更准确地模拟碰撞结果。

3. 材料特性和物理特性的建模车辆碰撞事故时，车辆中的各个部件和材料会发生变形和破坏，因此需要准确地建模材料特性和物理特性。

常见的建模方法包括弹性模型、塑性模型、粘弹性模型等，以及对材料进行参数化和试验验证。

4. 碰撞事故场景的建立碰撞事故场景的建立是仿真模拟的关键环节。

场景的建立需要考虑车辆初始状态、碰撞角度、车速等因素，并根据实际情况进行调整和验证。

常用的方法包括实地采集数据、摄像头记录、激光雷达扫描等。

二、车辆碰撞事故仿真模拟的验证方法为了验证车辆碰撞事故仿真模拟的准确性和可靠性，需要进行多样化的验证方法。

以下是一些常见的验证方法：1. 试验验证试验验证是一种直接验证仿真模拟结果的方法。

通过实验测量车辆在碰撞时的物理参数，如加速度、力、位移等，并与仿真结果进行对比。

若仿真结果与实际试验结果符合较好，则说明仿真模拟是准确可靠的。

虚拟环境中碰撞检测问题概述

虚拟环境中碰撞检测问题概述摘要:碰撞检测是计算机动画、物理仿真、机器人学等领域的重要课题。

文章首先介绍了碰撞检测的基本步骤,然后从时间域和空间域等不同的角度对碰撞检测算法进行了分类概述,最后阐述了碰撞检测问题研究的重要意义。

关键词:虚拟环境碰撞检测相交层次包围盒1 碰撞检测的基本步骤在虚拟环境中,碰撞检测算法在处理包含大量物体的复杂场景时,首先将多数明显不相交的物体对进行快速排除,然后再对可能相交的物体对进行进一步检测,把这个过程统称为碰撞检测算法的初步检测阶段。

而对于初步检测阶段的后继阶段,称之为碰撞检测算法的详细检测阶段。

1.1 初步检测阶段当动态场景中物体的个数超过两个,碰撞检测遇到的最明显的问题就是需要对所有N个物体进行两两求交检测,其时间复杂度达到O(N2)。

这个问题也被称为“完全物体对检测问题”。

很明显,这是任何碰撞检测算法在处理多物体的场景时都会遇到的严重影响算法效率的问题。

因此,当场景中物体个数较多时,非常有必要利用一些优化策略或方法来快速排除明显不发生碰撞的物体,找出潜在的相交区域或潜在的相交物体对。

空间剖分法是初步检测阶段所采用的技术之一,其基本思想是将场景均匀剖分成一个个小方块区间,检查这些小方块内是否有物体存在,否则将不包括物体的区间剔除,从而快速判断出潜在的相交区域。

1.2 详细检测阶段碰撞检测算法经过初步检测阶段确定了潜在的相交区域或潜在的相交物体对集合之后,转入详细检测阶段。

详细检测阶段根据已经确定的潜在的相交区域或潜在的相交物体对集合做进一步的相交检测。

这个过程分为两个层次:一个是逐步求精层;另一个是精确求交层。

逐步求精层通常采用两种典型的加速技术:空间层次剖分技术和层次包围盒树技术。

空间层次剖分技术与初步检测阶段的空间剖分技术相类似,但要把潜在的相交区域子空间继续剖分下去,直到找到相交物体的多边形面片;而层次包围盒树技术是指算法利用预先建构好的物体层次包围盒树,通过遍历物体对的层次包围盒树,递归检测它们的层次包围盒树上各层节点包围盒之间的相交情况,直到各一个层次树的叶子节点,最终获取物体对的相交检测结果的技术。

关于虚拟环境中车辆碰撞检测的研究

关于虚拟环境中车辆碰撞检测的研究在虚拟环境中，车辆碰撞检测是一项关键技术，对于车辆安全和智能驾驶领域具有重要意义。

虚拟环境中的车辆碰撞检测研究涉及到物体检测、轨迹预测、决策制定等多个方面，本文将对这些方面进行详细探讨。

首先，物体检测是虚拟环境中车辆碰撞检测的基础。

虚拟环境中存在大量的车辆和障碍物，如行人、其他车辆等，因此需要准确地检测这些物体。

常见的物体检测算法包括基于特征的方法、基于深度学习的方法等。

其中，基于深度学习的方法在车辆碰撞检测中取得了显著的效果，如Faster R-CNN、YOLO等。

这些方法能够高效地检测出虚拟环境中的物体，并提供物体的位置和边界框等信息。

其次，轨迹预测是虚拟环境中车辆碰撞检测的关键技术之一、在虚拟环境中，车辆具有一定的运动轨迹，因此需要预测其他车辆或行人的未来行动。

常见的轨迹预测方法包括基于经验的方法、基于物理模型的方法以及基于机器学习的方法等。

基于机器学习的方法能够学习到车辆行为的概率分布，从而提供更加准确的轨迹预测结果。

例如，可以使用递归神经网络（RNN）对车辆行为进行建模，并根据历史数据预测未来的行动。

最后，决策制定是虚拟环境中车辆碰撞检测的重要环节。

当检测到可能发生碰撞的情况时，需要制定相应的决策来避免碰撞。

常见的决策制定方法包括基于规则的方法、基于优化的方法以及基于强化学习的方法。

基于强化学习的方法能够学习到车辆在不同环境下的最优动作策略，从而避免碰撞。

例如，可以使用Q-Learning算法对车辆的动作进行优化，使其在虚拟环境中能够更好地避免碰撞。

此外，在虚拟环境中，还可以采用一些增强技术来提高车辆碰撞检测的效果。

例如，可以采用虚拟现实技术，在虚拟环境中提供更加真实的感受和交互体验，从而更好地模拟真实世界中的驾驶情境。

同时，还可以利用虚拟环境中的大量数据进行深度学习模型的训练和优化，提高车辆碰撞检测的准确性和鲁棒性。

总之，虚拟环境中车辆碰撞检测是一项具有挑战性和重要意义的研究课题。

实验5 虚拟仿真实验--碰撞实验

在光电门1右侧的位置。
2. 重复 = 的步骤。此时由于 > ，滑块1与滑块2碰撞后
会继续前行经过光电门2，因此“毫秒计时器”测量3个时间，分别
对应滑块1经过光电门1的时间，滑块2经过光电门2的时间，
和滑块1经过光电门2的时间。点击“毫秒计时器”的“取数”按
钮，依次读取3个时间，计入表2。
()

( ⋅ /)
( ⋅ /)
第1次
10.53
8.80
52.32
0.9953
0.9963
0.37%
28.6135
28.4849
第2次
11.44
9.62
57.22
0.9893
0.9915
0.85%
26.3374
26.0546
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第3次
10.53
8.82
52.47
受合外力为零，故系统在水平方向上动量守恒。
能量守恒和动量守恒是
自然界的普遍规律
+ = ′ + ′
三、实验原理/ 3.2 动量守恒定律
设两滑块的质量分别为和，碰撞前他们的速度分别为和，
碰撞后的速度分别为和，由守恒定律有，
后在放大图里会显示。
滑块2
滑块1
四、实验内容/4.2 验证动量守恒定律（ = ）
6. 双击“毫秒计时器”，点击“仪器反面”的电源开关，默认功
能是S2，可记录滑块经过两个光电门的时间
7. 在放大图里的右侧滑块1上点击鼠标右键，可以看到一个向右
的绿色箭头（如右图所示），表示给滑块一个向右的初速度，
3. 按下“毫秒计时器”的“复位”，重

Uni ty 中的碰撞检测方法

Unity 中的碰撞检测方法碰撞检测技术是游戏和虚拟现实中最核心、最基本的技术。

碰撞检测技术在游戏和虚拟现实场景中非常重要，它保证了真实世界的正确虚拟化。

例如对于角色的控制欲规划，碰撞检测可以帮助角色避开场景中出现的障碍物。

为使用户在虚拟场景中能够感受到自己确实在场景中，就需要能够实时地检测角色与障碍物之间的碰撞检测，并及时作出响应。

然而在一个场景中，可能存在许多种不同类型的碰撞，这就要求有不同的碰撞检测方法来适应各种类型的碰撞。

目前，在虚拟现实技术中出现了很多种碰撞检测方法，其目的无非有３个：检测模型之间是否发生碰撞；预测即将发生的碰撞；动态获取模型之间的距离。

在Unity 中主要有３种碰撞检测方法与上面的３个模型对应，分别是基本碰撞检测、触发器碰撞检测和光线投射。

无论是PC 端还是移动应用端，碰撞检测技术始终是程序开发的难点，甚至可以用碰撞检测技术作为衡量引擎是否完善的标准。

好的碰撞检测技术要求对象在场景中可以平滑移动，同时还要满足精确性和稳定性，防止对象在特殊情况下发生违背常规的状况。

例如，人物无缘无故被卡住不能前进，或者人物穿越了障碍物。

目前，引擎Unity ，其功能非常强大，集成了强大的碰撞检测功能，其中一个显著特点就是跨平台游戏开发。

碰撞检测方法碰撞检测定义碰撞的发生无非是检测两个物体对象之间的物理接触，在Unity 中是使用碰撞器组件覆盖在物体表面，用来负责与其它物体之间的碰撞。

这种从其它碰撞器检测和取得碰撞信息的方法称为碰撞检测。

Unity 碰撞检测方法分类在Unity 中，可以检测两个物体之间的碰撞，也可以检测特定碰撞器之间的碰撞，甚至可以使用光线投射预先检测碰撞。

本文以一个角色与３D 物体的碰撞为例说明这３种碰撞方法的不同。

基本碰撞检测在Unity 中，要实现碰撞检测，就必须给每个对象添加相应的碰撞器。

默认情况下，Unity 会自动将碰撞器添加到创建的对象中，当然也可以自己添加碰撞器。

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针对此问题给出了基于相对运动和空间几何运算结合的随时间运动函数的碰撞检测方法；相对运动理论推用
算出移动坐标变换矩阵函数方程。新的运动路径下进行空间曲线和几何体相交测试・计算出碰撞时间和在预碰撞初始点。后将该碰撞点移动变换回系统坐标空间。到运动状态下的碰撞位置；方法能有效准确地检最得该测在高速运动下的碰撞问题。关键词：撞检测；碰碰撞响应；拟现实虚
维普资讯
第２８卷
第１期
弹
箭
与
制ＮＯ｜．１Ｆｅ０ｂ２０８
２００８年Ｏ２月
Ｊｕｎｌｏｏｅｔｅ．Ｒｏｋｔ．ＭｉｓｌｓａｄＧｕｄｎｅｏｒａｆＰｒｊｃｉｓｌｃｅｓｓｉｎｉａｃｅ
１引言
碰撞、撞检测及碰撞响应是虚拟现实技术碰中一项非常重要的技术，影响虚拟现实系统逼是
２高速运动状态下的碰撞问题分析
军事仿真系统中的碰撞问题包括两个方面：
一
是如何根据战场环境的特点，时进行碰撞检实
真度和现实感的重要因素。随着仿真技术在军
事上应用的深入以及范围的扩大，事仿真系统军的精度及效果要求也越来越高，军事仿真系统对中的碰撞检测及响应问题必须进行深入的、针有对性的研究［。１］
中图分类号：Ｐ９Ｔ３１文献标志码：Ａ
ＭｅｈｄｏｌｉｉｎＤｅｅｔｏｂｕｏｉｓｏｌｔｏｆＣｏｌｓｏｔｃｉｎａｏｔＭｖｎｇＦａｔＭｄｅｓ
ＸＵｎＧａｇ～。ＬＵｎｊｎ，ＧＥＮＧｂ。Ｔｉｇｉ。Ｒｕｏ
高速虚拟仿真物体的碰撞检测方法
徐刚，廷金。耿汝波。陆，
（１空军工程大学工程学院，安西７０ｆ；１０８２徐州空军学院・苏徐州江２１０）２０３摘要：速运动虚拟物体在相邻的离散时间点上容易出现碰撞检测遗漏和检测碰撞初始点不准确的情况，高
ＡｂｔａｔＣｏｌｉｉｅｔｔｏｏｓｒｃ：ｌｓｏｎｄｅｃｉｎｆｍｏｖｉａｔｍｏｌｉｔｎｍｉｓｄａｏｔａｃｒｃＯｅａｈｆａｆｍｉｙｏｆｄｓｒｔｉｅ．ｎｇｆｓｄｅｓｏｆｅｓｅｎｄｎｃｕａｙｔｃｏａｌｉｃｅｅｔｍｓＡｂｏｕｔｔｓｐｏｅ。ａｍｅｈｏｏｏｌｓｏｎｄｅｅｔｏｉｔｍｅｆｎｃｉｎｓｐｒｓｎｅｂｅｎｈｅｒｌｔｖｏｔｏａｄｓａｅｈｉｒｂｌｍｔｄｆｃｌｉｉｔｃｉｎｎｉｕｔｏｉｅｅｔｄａｓｄｏｔｅａｉｅｍｉｎｎｐｃｇｏｍｅｒｅ．Ａｔｆｒｔａｑｕｔｏｎｏｆｍｏｖｍｅｒｎｓｏｍａｒｘｓｃｌｕｌｔｄｔｏｕｈｅｙｏｈｅａｉｅｍｏｉ．Ｉｅｔｉｓｉｓ，ｎｅａｉｅｎｔｔａｆｒｍｔｉｉａｃａｅｈｒｇｈｔｏｒｆｔｅｒｌｔｖｔｏｎｎｔｗｔｈｅｎｅｐａｈ．ｃｌｓｏｄｅｅｔｏｃｎｃｌｕａｅｎｉｉｌｏｌｉｏｎｉｅａｎｔａｐｎｔＡｔｌｓ．ｔｅｏｌｓｏｎｏｉｓｏｌｉｉｎｔｃｉｎａａｃｌｔａｉｔａｃｌｓｉｔｍｎｄｉｉｉｌｏｉ．ａｔｈｃｌｉｉｐｎｔｉｔａｆｍｅＯｓｔｍｐａｅｆｏｍｐｕｉｇｔｅｌｐｏｉｉｎ．Ｔｈｅｍｅｈｏｅｅｔｅｆｃｉｌｎｄｆｃｕｌｙｔｅｃｌｓｏａｒｎｓｏｒｄｔｙｓｅｓｃｏｒｃｔｎｈｅｒａｓｔｏｔｄｄｔｃｆｅｔｖｅｙａａｔａｌｈｏｌｉｉｎ — ｂｏｕｔｒｏｖｎａｔｍｏｄｓｎｉｇｆｓｅｌ．Ｋｅｗｏｄｃｌｉｉｎｄｅｅｔｏｎ；ｃｌｉｉｎｅｐｏｎｅ；ｖｉｔｌｒａｉｙｙｒｓ：ｏｌｓｏｔｃｉｏｌｓｏｒｓｓｒｕａｅｌｔ
（ｈｅＥｎｎｅｒｎＩｔｔｅ。Ａｉ１ＴｇｉｅｉｇｎｓｉｕｔｒＦｏｒｅＥｎｎｅｒｎｎｉｒｉｙ，Ｘｉａ１ｃｇｉｅｉｇＵｖｅｓｔ ’ ｎ７００３Ｃｈｉ８・ｎａ；
２ＸｕｈｕＡｉｏｃａｅ．ｊａｇｕＸｕｈｕ２１０，ｉａｚｏｒＦｒｅＡｃｄｍｙｉｎｓｚｏ２０３Ｃｈｎ）