图形硬件加速的实时碰撞检测算法研究

"实时碰撞检测研究" 实时碰撞检测是计算机图形学、机器人学、动画仿真以及虚拟现实等领域的核心技术，主要用于判断场景中的物体之间是否存在接触或穿透。随着虚拟现实技术的发展和用户对交互体验的需求增加，实时碰撞检测的重要性愈发凸显。然而，如何在保证速度的同时实现精确的碰撞检测成为了一个挑战。 本文由范昭炜撰写，在高曙明研究员和万华根副研究员的指导下，于2003年在浙江大学CAD&CG国家重点实验室完成。论文深入探讨了现有的碰撞检测算法，针对当前技术面临的难题，从三个方面提出了新的碰撞检测策略： 1. 图形硬件辅助计算：研究了一种基于图像空间的快速碰撞检测算法，利用图形处理器（GPU）的强大计算能力和可编程性，结合简化后的几何模型表示，实现了复杂物体间的实时碰撞检测。算法创新之处在于，它不仅保留了传统图像空间算法的优点，还克服了其局限性，能够处理任意形状多面体之间的碰撞，而不牺牲效率。为实现这一目标，算法首先对物体表面进行凸分解，构建对应的凸包围体，并利用层次二叉树结构来优化空间连贯性的利用。 2. 三角形带压缩：在绘制过程中采用三角形带压缩技术，这是为了进一步提高绘制和碰撞检测的效率，减少数据传输和处理的开销。 3. 并行计算：利用多处理机的并行计算能力来加速碰撞检测过程。这涉及到任务的划分和数据同步，旨在通过分布式计算来分摊计算负载，提升整体性能。 这篇博士论文的研究成果对于提升虚拟环境中的交互体验具有重要意义，尤其是在实时性和真实性方面。通过对图形硬件潜能的挖掘和并行计算的运用，为解决实时碰撞检测的效率问题提供了新的思路和方法。这些研究对后续的计算机图形学和虚拟现实技术发展产生了深远影响。