基于虚拟手简化面法向距离的抓取碰撞检测算法金钺侯文君北京邮电大学,北京,100876摘要:对虚拟手在虚拟装配中的对象拾取进行了研究,根据手抓取物体时的物理特性,提出了一种基于虚拟手简化面法向距离的碰撞检测算法:对虚拟手的各对象建立切平面模型,并利用简化面与零部件进行碰撞检测。此算法减少了复杂包围盒的生成操作,同时以/面)体0测试替代了传统的/体)体0测试,降低了算法时间复杂度,减少了系统资源消耗。关键词:碰撞检测;简化面;法向距离;包围盒;抓取中图分类号:TP31714文章编号:1004)132X(2008)09)1068)04SnatchCollisionDetectionAlgorithmBasedonNormalDistanceonSimplifiedPlanesofVirtualHandJinYueHouWenjunBeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing,100876Abstract:Thepaperresearchedsnatchingobjectwithvirtualhandinvirtualassembly,andpro-posedanovelcollisiondetectionalgorithmandtheorybasedonnormaldistanceonsimplifiedplanesofvirtualhandaccordingtothephysicalfeatureofsnatchingobject.Atangentplanemodelwasbuilt,withwhichdetectwitheachobjectofvirtualhandtodetectcollisionbetweenvirtualhandandaccesso-ries.Thealgorithmreducestheworkoncreatingcomplexboundingbox.F-V(face-volume)testwastakenfromthetimecomplexityofalgorithmandresourceconsuming.Keywords:collisiondetection;simplifiedplane;normaldistance;boundingbox;snatch收稿日期:2006)11)270引言在虚拟装配系统中,操作者可以借助数据手套,以虚拟手操纵部件进行产品的虚拟装配,分析评价产品的装配性能或进行装配工艺规划。将虚拟手引入到虚拟装配系统已经成为当今发展的一大趋势。其研究的主要方向与难点是判断虚拟手是否拾取到零件,这涉及了两个大的研究方向:拾取的手势姿态与标准[1-3]、虚拟手与零件的碰撞检测。前者研究虚拟手在何种姿态、力度以及力矩等情况下可认为零部件已被拾取,这通常是依靠经验和物理学方面的数学推导与分析,得出一种标准与规范来对是否拾取到部件作出优化、简洁、高效以及精确的判断。后者研究的是当虚拟手的任意部位碰撞到零部件时,系统要实时地检测出来,这是本文重点要分析研究的内容。文献[4-8]介绍了国内外对虚拟手拾取中碰撞检测的研究成果。这些研究大多是利用传统的包围盒技术将虚拟手划分为各式二叉树形态,进行/由粗到细0的以/体)体0为主的碰撞检测。它们都提出了自己的判断策略,依据不同因素从多个方面对算法进行优化,在一定程度上降低了算法的时间复杂度,但实质上仍然是对虚拟手的各关节逐一进行碰撞检测,当精度要求较高时并不能很好地满足实时性要求。本文提出一种针对虚拟手特性,根据表面法向距离的以/面)体0为主的碰撞检测算法。由于/面)体0相交测试的时间复杂度远低于/体)体0相交测试的时间复杂度,因此,在碰撞检测精度相对较高的情况下仍然可以达到实时性要求。1虚拟手的碰撞检测分析在虚拟装配系统中,虚拟手拾取部件时,需要及时判断虚拟手与物体之间的接触情况)))碰撞检测。实时性和精确性是衡量碰撞检测算法的两个重要标准。虚拟装配环境中通常包含大量形状复杂的零部件,对这些物体的碰撞检测是极为复杂且耗时的。由于虚拟环境需要很高的实时交互性,所以对这些物体的碰撞检测必须在很短的时间内完成。实时性已经成为虚拟装配系统的一个瓶颈。如果碰撞检测的计算时间过长,可能造成显示不流畅、物体的移动严重滞后或者完全不能工作等现象[8]。1.1基于包围盒技术的虚拟手碰撞检测包围盒的主要目的就是提供更加简便的相交测试和更加有效的预先排除。为了加快虚拟手与物体之间的碰撞检测,利用基于包围盒的碰撞检测算法,将虚拟手的每一部分都看作独立的对象,所有对象并行地与虚拟场景中所有的物体进行碰#1068#中国机械工程第19卷第9期2008年5月上半月撞检测,其算法简单描述如下:如果对象包围盒与物体包围盒发生了碰撞,则进行对象包围盒与物体面的碰撞检测,之后再检测物体面与对象的哪个面发生了碰撞,其间记录上述过程中所有发生碰撞的面与体的信息,供系统调用。1.2包围盒算法的不足包围盒算法首先要对各个对象构造包围盒,最常使...
