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虚拟手术中自碰撞检测算法研究

作　者: 韩景超
导　师: 潘振宽
学　校: 青岛大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 自碰撞检测均匀空间分割空间散列变形对象手术仿真
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

自碰撞检测是虚拟手术仿真中的重要问题,自碰撞检测的效率是影响虚拟仿真应用真实感和沉浸感的重要因素。本文对白碰撞检测算法进行了深入的研究,主要包括以下几个方面的内容:首先对虚拟现实和自碰撞检测方法的发展与现状进行了阐述,并对自碰撞检测常用的几种空间分割方法:均匀空间分割、八叉树分割和BSP树分割进行了系统的研究,对这几种方法的优缺点及适用范围进行了比较分析。均匀空间分割方法与内含对象的几何特性和拓扑结构变化无关,可以用于变形对象的自碰撞检测,但自碰撞检测的特性使直接使用均匀空间分割法效率较低。本文根据虚拟手术中自碰撞检测的特性,对均匀分割方法进行了优化,主要包括以下几个方面:根据模型基本对象尺度自动计算单元格尺寸;采用空间散列方法,通过哈希函数将单元格映射到哈希表中,减少内存占用;通过曲率测试减少单元格内不必要的邻接基本对象间的相交测试。随后,将所提出的方法应用到虚拟手术仿真实验中,该方法可以适应不同的手术工具,有较好的通用性,是解决复杂环境中变性对象自碰撞检测的有效方法。实验证明该算法在虚拟手术仿真过程中达到了实时性的要求。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章引言  6-12
  1.1 课题的研究背景及其意义  6-7
  1.2 问题描述  7-8
  1.3 国内外研究动态  8-11
  1.4 本文的主要工作及章节安排  11-12
第二章空间分割法  12-15
  2.1 空间分割法简介  12
  2.2 几种常见的空间分割法  12-14
    2.2.1 均匀空间分割  13
    2.2.2 BSP(Binary Space Partition)树分割  13-14
  2.3 小结  14-15
第三章基于均匀空间分割的软组织自碰撞检测算法  15-24
  3.1 算法的提出  15-16
  3.2 算法流程  16-18
  3.3 均匀空间的划分  18-19
  3.4 映射对象到空间单元格  19-20
  3.5 单元格内的碰撞检测  20-21
  3.6 算法复杂度及评价标准  21-23
  3.7 小结  23-24
第四章基于均匀空间分割的软组织自碰撞检测算法在虚拟手术中的应用  24-36
  4.1 具备切割与力反馈交互功能的手术仿真系统简介  24-26
  4.2 自碰撞检测算法的应用  26-34
    4.2.1 虚拟手术中的自碰撞检测过程  26
    4.2.2 相关的数据结构  26-32
    4.2.3 单元格的存储结构  32
    4.2.4 特定的相交测试  32-34
  4.3 小结  34-36
第五章仿真结果与分析  36-46
  5.1 仿真效果  36-40
    5.1.1 算法时间复杂度实验  36-40
    5.1.2 单元格尺寸与算法效率间关系的实验  40
  5.2 结果分析  40-45
    5.2.1 时间复杂度实验结果分析  40-42
    5.2.2 单元格尺寸与算法效率间关系的实验结果分析  42-45
  5.3 小结  45-46
第六章总结与展望  46-48
  6.1 总结  46
  6.2 展望  46-48
参考文献  48-52
攻读学位期间的研究成果  52-53
致谢  53-54

虚拟手术中自碰撞检测算法研究

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