实时碰撞检测算法的探讨与研究

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游戏开发中的物体碰撞检测算法探讨

游戏开发中的物体碰撞检测算法探讨在游戏开发中，物体碰撞检测是一个重要的技术。

它可以用于实现物体之间的交互、碰撞反应和游戏规则的验证。

本文将探讨游戏开发中常用的物体碰撞检测算法以及它们的实现原理和使用场景。

一、边界框碰撞检测算法边界框碰撞检测算法是最基本的一种物体碰撞检测算法。

它通过创建一个矩形边界框来表示物体的外形，并检测两个矩形边界框之间的相交情况来判断是否发生碰撞。

这种算法简单高效，适用于大部分游戏场景。

边界框碰撞检测算法的实现主要包括两个步骤：边界框的创建和碰撞检测。

边界框可以根据物体的形状和位置进行计算，常见的边界框形状包括矩形、圆形和椭圆形。

碰撞检测则是通过判断两个边界框是否相交来确定是否发生碰撞。

如果两个边界框的相交面积大于零，则表示发生了碰撞。

在实际游戏开发中，边界框碰撞检测算法可以用于实现物体之间的碰撞反应，例如角色与障碍物的碰撞、子弹与敌人的碰撞等。

通过这种算法，开发人员可以简单快速地实现基本的碰撞效果。

二、分离轴碰撞检测算法分离轴碰撞检测算法是一种更精确的物体碰撞检测算法。

它通过判断两个物体是否有相交轴来确定是否发生碰撞。

相交轴是指垂直于物体边界的轴，如果两个物体在所有相交轴上都没有重叠区域，则表示它们没有发生碰撞。

分离轴碰撞检测算法的实现主要包括两个步骤：轴的计算和碰撞检测。

轴的计算需要获取物体的边界信息，可以使用物体的顶点和边来计算。

碰撞检测则是使用分离轴定理判断两个物体是否有相交轴。

如果两个物体没有任何相交轴，那么它们就没有发生碰撞。

分离轴碰撞检测算法相比边界框碰撞检测算法更精确，可以用于处理复杂的物体形状和旋转。

例如，在一款足球游戏中，可以使用分离轴碰撞检测算法来判断足球是否进入了球门。

通过计算足球和球门的边界信息，然后使用分离轴定理进行碰撞检测，可以实现准确的进球判定。

三、四叉树碰撞检测算法四叉树碰撞检测算法是一种用于优化碰撞检测性能的算法。

在游戏中，物体的数量往往非常庞大，通过对物体进行四叉树的空间划分可以提高碰撞检测的效率。

《2024年三维场景中碰撞检测技术的研究》范文

《三维场景中碰撞检测技术的研究》篇一一、引言随着三维技术的飞速发展，三维场景在众多领域如游戏开发、虚拟现实、机器人技术等中扮演着至关重要的角色。

在三维场景中，碰撞检测技术是一项核心且基础的技术，其直接影响到虚拟世界中物体运动的真实性和交互性。

本文将重点探讨三维场景中碰撞检测技术的研究，从其基本原理到最新的发展动态进行深入分析。

二、碰撞检测技术的基本原理碰撞检测技术是指在三维场景中，通过算法对物体之间的空间位置关系进行计算，判断物体之间是否发生碰撞的过程。

其基本原理主要包括以下几步：1. 空间划分：将三维空间划分为多个子空间，每个子空间内的物体互不干扰。

这样可以大大减少碰撞检测的复杂度。

2. 物体建模：对场景中的物体进行建模，包括几何形状、物理属性等。

这是进行碰撞检测的基础。

3. 空间位置计算：通过算法计算物体在三维空间中的位置和运动轨迹。

4. 碰撞判断：根据空间位置计算的结果，判断物体之间是否发生碰撞。

三、常见的碰撞检测技术根据不同的应用场景和需求，常见的碰撞检测技术包括以下几种：1. 边界框法：通过计算物体的边界框，判断两个物体的边界框是否相交，从而判断是否发生碰撞。

该方法简单快速，但精度较低。

2. 特征形状法：根据物体的特征形状进行碰撞检测，如使用点、线、面等特征进行判断。

该方法精度较高，但计算复杂度较大。

3. 空间网格法：将三维空间划分为网格，将物体置于网格中，通过判断网格的交集来判断物体是否发生碰撞。

该方法在精度和计算复杂度之间取得较好的平衡。

四、最新的发展动态近年来，随着深度学习和机器视觉等技术的发展，碰撞检测技术在三维场景中的应用也取得了重要进展。

其中包括基于深度学习的物体识别和姿态估计技术，以及基于机器视觉的三维重建和运动跟踪技术等。

这些技术可以提高碰撞检测的精度和效率，使虚拟世界中的物体运动更加真实和自然。

五、未来展望未来，随着三维技术的进一步发展，碰撞检测技术将面临更多的挑战和机遇。

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。

《三维场景中碰撞检测技术的研究》范文

《三维场景中碰撞检测技术的研究》篇一一、引言在三维计算机图形学、虚拟现实以及计算机游戏中，碰撞检测技术是一项至关重要的技术。

它负责确保物体在三维空间中的运动不会相互穿插或碰撞，从而为用户提供逼真的视觉体验和交互感受。

随着技术的不断进步，三维场景的复杂性和实时性要求日益增长，这为碰撞检测技术带来了新的挑战和机遇。

本文将详细研究三维场景中碰撞检测技术的发展现状、相关技术和未来趋势。

二、三维场景碰撞检测技术的背景与意义在三维场景中，物体的运动常常受到其物理属性的限制和环境的约束，这就要求我们必须有一种有效的方法来检测和管理物体间的碰撞。

碰撞检测技术不仅可以增强虚拟世界的真实感，还可以为动画制作、机器人运动规划、车辆仿真等领域提供技术支持。

因此，研究三维场景中的碰撞检测技术具有重要的理论价值和实际应用意义。

三、三维场景碰撞检测技术的发展现状1. 传统碰撞检测技术：传统的碰撞检测方法主要依赖于空间分割、包围盒层次结构等技术。

这些方法虽然简单有效，但在处理复杂的三维场景时，其效率和准确性往往难以满足需求。

2. 高级碰撞检测技术：随着计算机技术的进步，基于物理模型的碰撞检测技术逐渐兴起。

这些技术利用物理引擎和数学模型来模拟和预测物体的运动轨迹，从而更准确地检测碰撞。

此外，基于深度学习的碰撞检测方法也成为了研究的热点，其通过学习大量的数据来提高碰撞检测的效率和准确性。

四、关键技术与算法分析1. 空间分割法：通过将三维空间划分为多个子空间，仅在可能发生碰撞的子空间中进行碰撞检测，从而提高效率。

2. 包围盒层次结构法：利用不同层次的包围盒（如轴对齐包围盒、方向包围盒等）来近似表示物体的形状，从而快速排除不可能发生碰撞的物体。

3. 物理引擎模拟法：通过物理引擎来模拟物体的运动和相互作用力，从而预测可能的碰撞位置和时间。

这种方法在处理动态和复杂的三维场景时具有很高的准确性。

4. 深度学习方法：基于深度学习的碰撞检测方法通过训练神经网络来学习物体间的相互作用和碰撞模式，从而在短时间内完成高精度的碰撞检测。

碰撞检测算法研究综述

碰撞检测算法研究综述
碰撞检测是计算机图形学、游戏开发、机器人学等领域中的一个重要问题。

它的目的是确定两个或多个物体是否在空间中发生了碰撞，并计算碰撞的位置和碰撞力等信息。

碰撞检测算法可以分为两大类：离散碰撞检测和连续碰撞检测。

离散碰撞检测算法将物体表示为一组多边形，并通过比较多边形的顶点来判断是否发生碰撞。

这种方法简单易实现，但是精度较低，难以处理复杂的形状和运动。

连续碰撞检测算法则将物体表示为一个数学模型，如球体、胶囊体、凸包等，并通过计算模型之间的距离和夹角来判断是否发生碰撞。

这种方法精度较高，但是计算复杂度较高，难以处理大规模的场景。

此外，还有一些基于物理引擎的碰撞检测算法，它们基于物体的物理特性来计算碰撞，如动量守恒、能量守恒等。

这些算法可以更准确地模拟物体的碰撞行为，但是需要对物体的物理特性有深入的了解。

在实际应用中，选择合适的碰撞检测算法需要考虑多个因素，如场景的复杂程度、物体的形状和运动、计算效率和精度等。

近年来，随着计算机硬件技术的发展，碰撞检测算法的效率和精度都得到了显著提高，并在许多领域得到了广泛应用。

总的来说，碰撞检测算法是计算机图形学、游戏开发、机器人学等领域中的一个重要问题，需要不断地进行研究和改进。

碰撞检测算法研究技术报告

碰撞检测算法研究技术报告传统工业机器人工作时，为了保证安全需采取措施把人排除在工作区域外。

近年来，随着3C 行业的崛起以及中小企业对自动化需求的增长，在一些涉及到装配（组装）、医疗手术辅助等领域，注重人机协作安全的协作型机器人逐渐进入人们的视野。

当人与机器人处于同一个协作空间时，安全性成为首先要考虑的问题，而最常发生的安全问题是机器人与人发生碰撞导致受伤。

因此，为了防止碰撞给人造成伤害，协作机器人就必须具备碰撞检测功能。

目前主流的解决方案是在机器人外部安装传感器，如机器人外表面包裹上一层敏感的皮肤传感器[1-2]、加装视觉传感器[3]、安装关节力矩传感器等[4-6]，其中安装关节力矩传感器是最常用的解决方案。

Lu [4]等人在机器人基座以及腕关节各加装了一个六维力矩传感器，基于动力学模型提出了一种神经网络方法，可实现对碰撞力的检测。

Haddadin [5]及Hur [6]等人以LWR Ⅲ机器人为原型，通过安装在机器人各个关节处的力矩传感器获得准确的关节力矩，通过观测关节处力矩的变化，实现机器人碰撞检测。

安装传感器的方案在一定程度上能够很好地保证人机协作安全，但存在两个主要不足：一方面，传感器数据的采集处理增加了控制系统的复杂性，容易造成实时性差的问题；另一方面，安装传感器会增加机械结构的复杂性以及加工制造的成本。

针对上述不足，部分学者在不借助外部传感器而通过控制算法来实现碰撞检测方面做了一些研究。

潘婷婷[7]等人提出了一种基于动力学模型的力矩差碰撞检测方法，通过实时比较关节理论预测力矩与关节采样力矩（电机力矩采样计算）的差值，若超出预设安全阈值，则认为发生碰撞。

但该方法受加速度影响较大，加减速频繁时关节采样力矩会存在较大的误差。

Luca [8-10]及Lee [11-12]等人提出了一种基于机器人广义动量构造观测器，实现对关节外力矩观测的方法，该方法避免了加速度对观测值的影响，但该算法的传递函数为一阶系统，可调参数较少，难以同时保证良好的快速性和稳定性。

起重机吊装仿真中实时碰撞检测的研究与应用

ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌａｎｄＨＢＶｓｍｏｄｅｌｏｆｃｒａｎｅ，ａｐａｒｔｏｆｃｒａｎｅｎｏｄｅｓｒｅｑｕｉｒｅｄｏｒｆｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗａｓｕｐｄａｔｅｄｐａｒ —
ＤＥＮＧＱｉａｎ—ｗａｎｇ，ＧＡＯＬｉ — ｋｕｎ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅＢｏｄｙ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）
关键词：实时碰撞检测；动态层次包围盒；三维空间分割法中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｅａｌ— — ｔｉｍｅＣｏｌｌｉｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎＬｉｔｉｆｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＣｒａｎｅ
ｂｏｕｎｄｉｎｇｖｏｌｕｍｅｓ（ＨＢＶｓ）ａｎｄ３Ｄｓｐａｃｅｐａｒｔｉｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｒｅｓｏｌｕｔｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｒｅａｌ—ｔｉｍｅｕｐｄａｔｅｓｏｆ

碰撞检测算法研究

碰撞检测算法研究摘要：实时碰撞检测是机器人、动画仿真、虚拟现实等领域中一个非常关键的问题，其基本任务是确定两个或多个物体彼此之间是否发生接触或穿透。

尤其是随着3D游戏日渐盛行，物体之间的干涉和碰撞检测得到广泛的研究，碰撞检测技术所面临的问题也日益突出，具有很重要的意义。

主要对一些碰撞检测算法作出全面了解、透彻分析。

关键词：碰撞检测；层次包围体；空间剖析1 碰撞检测技术概述碰撞检测(Collision Detection，CD)也称为干涉检测或者接触检测，是基于现实生活中一个普遍存在的事实：两个不可穿透的对象不能共享相同的空间区域。

碰撞检测作为虚拟现实系统中的一个关键组成部分，主要的任务是判断物体模型之间、模型与场景之间是否发生了碰撞，以及给出碰撞位置、穿刺深度等信息。

碰撞检测算法一般可以分为两步：一是初步检测阶段：也就是将大多数明显的不相交的物体进行快速的排除；另一个是详细检测阶段（也可以称为精确检测阶段）。

一些算法将详细检测阶段详细的划分为两个阶段：①逐步求精，在初步检测的基础上进一步继续将检测的范围缩小；②精确求交，在“逐步求精”的基础上，对所建的模型进行相交测试，详细的测试出潜在的相交区域。

二是由于现实工程中的需要，碰撞检测算法得到了很好的发展和创新，因此产生了很多碰撞检测算法如图1所示。

碰撞检测算法大体上可以分为基于物体空间的碰撞检测算法和基于图像空间的碰撞检测算法。

在基于物体空间的碰撞检测算法中又分为采用一般表示模型的碰撞检测算法和采用空间结构碰撞检测算法。

采用采用空间结构碰撞检测算法包括空间剖析法和层次包围体法。

这里将主要介绍空间结构碰撞检测算法。

层次包围盒法：直接对两个物体对象的几何体执行碰撞测试，其计算过程代价过于高昂，尤其是当物体包含许多个多边形的时候。

为了减少计算消耗，在几何相交测试之前，通常先执行物体的包围体测试。

层次包围盒方法的基本思想是用一个简单的包围盒将复杂不规则的几何对象围住，当两个对象作碰撞检测时，如果对象的包围盒不相交，则对象肯定不相交。

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一
碰撞检测研究分类相对清晰的一种方法就是基于包围盒的碰撞检测算法。包围盒法的基本思想就是用简单的几何形体将虚拟场景中的复杂几何体围住，用几何形体代替物体参与碰撞检测。 ” 在基本简单的碰撞检测方法中的主要问题是需要大量可计算的边缘面交集检查。在实际虚拟世界中，边缘面对数是整个可能对数的一小部分。包围盒法就是能够尽早排除不可能相交的可能，提高检查精度和效率。
低等方面。同时，也对空间分割法下的各类算法进行了分析。最后介绍了两种新趋势下的混合碰撞检测法进行了归纳研究，
并总结了算法的优劣和新的方向。
关键词：碰撞检测；算法；包围盒；混合碰撞检测法
中图分类号：Ｔ３１Ｐ９．９
文献标识码：Ａ
文章编号：１０— ５９（０１７０３— ３０７９９２１）１— ０６０
ａｅｔｅ．ｎｄｎｗｒｎｄＫｅｗｏｄ：ｌｉｉｎｄｔｃｉｎ；ｇｒｔｍ；ｕｄｉｇｂｏ－ｒｅＨｙｉｏｌｓｏｅｅｔｏｙｒｓＣｏｌｓｏｅｅｔｏＡｌｏｈＢｏｉｎｎｘｔｅ；ｂｒｄｃｌｉｉｎｄｔｃｉｎ
摘要：本文对碰撞检测算法的分类进行了阐述，并比较了按层次包围盒法分类的包围盒ＡＢ、包围球、方向包围ＡＢ
盒ＯＢＢ、固定方向凸包的包围盒ＦＨ、时空包围盒检测算法（ＴＢ）的构造难度高低，存储量大小和相交测试复杂度高ＤＳＢ
一
、
引言
发现该方法的优点有：① 简单性好，构造难度低。只需分别计算
碰撞检测在计算机图形学，计算机辅助设计，手术仿真，织物体中各个元素顶点的ｙ坐标的最大值和最小值即可。② 存储和ｚ布仿真和生物学计算 … 领域是～个很核心的问题。面对不同领量较小。等存储一物体的ＡＢ只需６ＡＢ个浮点数。相交测试复杂度低。 ③ 域，人们设计开发了很多算法。这些早期的工程技术
ＣｍｕｅＤＳｆｗｒｎｐｌｃｔｏｓｏｐｔｒＣｏｔａｅａｄＡｐａｎｉｉ
２１年第１０１７期
实时碰撞检测算法的探讨与研究
陈怡皓
（上海电机学院电子信息学院，上海２１０）０３６
况下较为有效，但往往由于过于理论化而难以实现。目前，对于
两个ＡＢ相交定义为当且仅当它们在三个坐标轴上的投影区间均ＡＢ
重叠。ＡＢＡＢ间的相交测试最多只需要６比较运算。变形体碰撞次 ④ 适用度大。当物体变形时，新包围盒只需要６比较运算即完成更次
ＤｉｃｓｉｎａｄＲｅｅｒｈｏｓｕｓｏｎｓａｃｎ
ＲｅｌｔｍｅＣｏｌｉｎＤｅｅｔｏｇｒｔｍａ－ｉｌｓｏｔｃｉｎＡｌｏｉｉｈ
ＣｈｎＹｉａｅｈｏ
（ｌｔｎ＆ｎｏｍａｉｎｃｏｌｈｎｈｉｉｎｎｖｒｉ，ｈｎｈｉ２１０，ｈｎ）ＥｅｒｉＩｆｒｔｈｏ，ａｇａＤａｊｉｓｙＳａｇａｃｏｃｏＳＳｉＵｅｔ０６Ｃｉ３ａ
ＡｂｔａｔＴｉｒｉｌｅｃｉｅｅｃｌｓｏｅｅｔｎａｇｒｈｃａｓｆａｉｎａｄｃｍｐｒｅｃｎｔｕｔｎｄｆｃｌ，ｏａｅｓｒｃ：ｈｓａｔｅｄｓｒｂｓｔｏｌｉｎｄｔｃｉｌｏｉｍｌｓｉｃｔｎｏａｅｔｏｓｃｉｉｕｔｓｒｇｃｈｉｏｔｉｏｈｒｏｉｙｔｓａｅｓｅａｄｔｅｃｍｐｅｉｆｔｅｉｔｒｅｔｎｔｓｏｐｃｉｏｌｘｔｏｎｅｓｃｉｅｔｆＡＡＢＢ，ｈｒｓＯＢＦｚｎｈｙｈｏｓｅｅ，Ｂ，ＤＨ，ＴｉｈａｅｃａｓｆｄｉｔｉｒｃｉａｐＳＢＢｗｈｃｒｌｓｉｅｏｈｅａｈｃｌｉｎｒｂｕｄｎｂｘｏｎｉｇｏｍｅｈｄ．ｔｅｓｍｅｉ，ｉｒｃｅｌｏｎｌｚｓｖｒｕａｇｒｈｕｄｒｈｅｓａｅａｔｉｎｎｔｏｓＡｔｈａｔｍｅｔｓｔｌａｓａａｙｅａｏｓｌｏｔｍｓｎｅｔｐｃｐｒｉｏｉｇｈａｉｉｉｔｍｅｈｄＦｎｌ，ｅｈｂｉｏｌｉｎｄｔｃｉｎｒｔｏｕｅｎｕｔｏ．ｉａｌｔｎｗｙｒｃｌｓｏｅｅｔｓａｅｉｒｄｃｄａｄｓｍｍａｉｅｔｅａｖｎａｅｄｄｓｄａｔｇｓｏｌｏｉｍｓｙｗｏｄｉｏｎｒｄａｔｇｓａｉａｖｎａｅｆｇｒｈｚｈｎａｔ