3D图形中的求交测试与碰撞检测

"3D碰撞检测是计算机图形学中的一个重要概念，主要涉及到求交测试方法。浙江大学的金小刚在课件中详细讲解了这一主题，包括光线跟踪、视域四棱锥裁剪以及基于层次包围盒的拾取策略等。求交测试不仅用于物体拾取，还用于碰撞判断和光线追踪等应用。它通常被视作图形流水线中的应用层任务。" 在计算机图形学中，3D碰撞检测是一个关键的技术，它涉及到多个方面。首先，求交测试是判断两个或多个3D对象是否在空间中有重叠的基本手段，这在游戏开发、虚拟现实、机械设计等领域都有广泛应用。例如，用户通过鼠标点击屏幕上的物体进行物体拾取时，就需要进行求交测试来确定点击的目标。 OpenGL提供了拾取机制，它通过在较小的拾取窗口中绘制所有物体，并返回每个物体的z深度值，以便进行物体选择。虽然这种方法可以拾取点、线和面，但它并不直接提供高效的碰撞检测。相比之下，直接的求交测试，如光线与三角形的求交，不仅更快，还能计算出交点的详细信息，如位置、法向量和纹理坐标，且不受具体API限制。 视域四棱锥裁剪是一种优化技术，用于快速剔除不在观察视野内的物体，减少不必要的计算。通过对物体的包围盒与视域四棱锥进行比较，可以判断物体是否完全在视野内、完全在外或部分在内，从而决定是否需要进一步处理。 基于层次包围盒的拾取方法是另一种优化策略，它利用包围盒构建的层次结构，通过递归测试光线与包围盒的交集来快速定位目标物体。如果光线与包围盒无交，就可以跳过相应的子树，显著提高了效率。 碰撞检测算法通常涉及多种图元类型，如三角形、球体、轴对齐包围盒(AABB)、有向包围盒(OBB)和离散有向多面体(k-DOP)等。这些图元的不同组合和碰撞情况，决定了求交测试的复杂性和结果的多样性，如是否相交、完全包含、完全分离或部分相交，并可能提供精确的相交位置、距离等信息。 3D碰撞检测和求交测试是计算机图形学中的核心算法，它们在游戏、模拟、可视化等众多领域发挥着重要作用。理解和掌握这些技术，对于进行高效、精确的3D图形处理至关重要。