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实时喷泉模型中的碰撞检测算法研究

作　者: 刘晓亚
导　师: 金汉均
学　校: 华中师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 喷泉模型碰撞检测粒子系统泊松分布双缓冲机制
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
引　用: 1次
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内容摘要

在我们所搭建的虚拟场景中,只有具有真实感的场景才能够使得用户沉浸在其中。在虚拟场景中,真实场景的构建往往是基于对现实生活中物理现象的模拟。例如,如果在虚拟场景中织物碰到桌子边缘没有变形、小球碰到地面没有弹起、甚至物体有穿墙而过等现象,这些场景一点都不符合客观规律,没有真实感。造成这一现象的原因就在于场景中运动的物体违反了物体运动的自然规律,缺乏对物理现象进行模拟。因此,基于物理原理的物体间的碰撞检测问题成为三维动画、计算机游戏、虚拟手术、织物仿真等领域的研究热点问题。目前,对于刚体之间,以及刚体与变形体之间的碰撞检测算法的研究已趋于成熟,但对基于物理方法表示的模型的相关算法研究较少。因此,本文主要从以下几个方面进行：首先,研究从物理原理出发,结合粒子系统实现了真实感喷泉模型的模拟,本文提出了一种新的双缓冲机制对喷泉水珠粒子进行存储,实现粒子属性的实时更新。由于对粒子的相关静态属性值只存储一次,相比以往的双缓冲机制,在空间复杂度上进行了很大的优化；其次,提出了利用泊松分布的概率密度函数,近似求出喷泉系统的粒子源在单位时间内发射的粒子数目以及发生碰撞的粒子数目,为进一步维护整个系统的能量守恒提供依据；最后,本文重点研究了喷泉模型中水珠粒子与障碍物之间的碰撞问题,提出一种新的碰撞检测算法,该算法根据每个水珠粒子当前的状态值,从粒子能量的角度去判断某一粒子是否与障碍物发生碰撞,从而克服了粒子数量巨大、障碍物本身的复杂特性、及粒子之间的碰撞等缺陷,节省了大量的相交测试所耗费的时间。并且与已有的算法相比较,在时间复杂度和空间复杂度上都实现了很大的突破。模拟实验证明,本文算法效率良好,能满足实时性要求,生成的图形也比较真实。这些工作的完成是对基于粒子系统的碰撞检测算法的一种有益探索。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 研究背景及意义  10-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 本文工作  13
  1.4 论文组织结构  13-14
第2章碰撞检测算法综述  14-23
  2.1 碰撞检测  14-15
    2.1.1 概念  14
    2.1.2 碰撞检测的约束条件  14-15
  2.2 碰撞检测算法分类  15-22
    2.2.1 层次包围盒  15-18
    2.2.2 空间分割  18-19
    2.2.3 距离场  19-20
    2.2.4 图像空间  20-21
    2.2.5 随机方法  21-22
  2.3 本章小结  22-23
第3章基于粒子系统的碰撞检测算法  23-30
  3.1 粒子系统  23-25
    3.1.1 粒子的属性  23-24
    3.1.2 粒子的状态及存储结构  24-25
    3.1.3 粒子的运动模型  25
  3.2 基于粒子系统的典型应用  25-27
  3.3 基于粒子系统的碰撞检测经典算法  27-29
  3.4 本章小结  29-30
第4章一种基于粒子系统的喷泉模型的碰撞检测算法  30-41
  4.1 喷泉模型的生成  30-34
    4.1.1 喷泉水珠粒子的属性  30
    4.1.2 粒子的数据结构的定义  30-31
    4.1.3 喷泉水珠粒子的存储结构  31-33
    4.1.4 喷泉水珠粒子的运动模型  33-34
  4.2 泊松分布在喷泉模型中的应用  34-35
  4.3 碰撞检测算法  35-39
  4.4 基于粒子系统的喷泉模型的算法流程  39-40
  4.5 本章小结  40-41
第5章模拟实验结果及分析  41-45
  5.1 实验结果  41-43
  5.2 算法分析  43-44
  5.3 本章小结  44-45
第6章总结和展望  45-46
  6.1 总结  45
  6.2 展望  45-46
参考文献  46-49
硕士期间发表的论文和参与科研项目  49-50
致谢  50

实时喷泉模型中的碰撞检测算法研究

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