计算机图形学:碰撞检测技术详解

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本章节探讨的是线性代数与三角学在计算机图形学中的应用,特别是碰撞检测(Collision Detection)这一核心概念。《实时渲染第四版》在线章节25涵盖了碰撞检测的多个关键步骤和技术,这些技术对于虚拟制造、计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)、计算机动画以及基于物理的真实感模拟等领域至关重要。 首先,25.1节介绍了宽范围碰撞检测(BroadPhaseCollisionDetection),这是碰撞检测的第一阶段,主要用于快速排除大部分不相交的对象对,通过减少候选对的数量,提高整体算法效率。接下来,25.2节深入到中期阶段碰撞检测(MidPhaseCollisionDetection),它涉及到更精确但计算量较大的对象局部接触检查,确保在宽范围筛选后的候选对象之间进行细致的碰撞测试。 窄范围碰撞检测(25.3)是关键环节,通过精确的几何形状比较和逼近方法来确定两个物体是否真正发生碰撞。这包括使用射线(25.4)进行碰撞检测,这是一种简化的方法,适用于动态场景中的点到面或点到线的测试。此外,第25.5节讨论了使用BSP树(Binary Space Partitioning Tree)实现动态碰撞检测的高效数据结构,这种数据结构有助于快速定位可能的碰撞区域。 时间敏感的碰撞检测(25.6)对实时性能有极高的要求,当游戏或交互式系统需要频繁更新时,如何在保证准确性的前提下优化碰撞检测过程是研究重点。对于可变形模型(25.7),如角色动画或软体物体,处理它们的碰撞则需要考虑形状的变化和实时调整策略。 连续碰撞检测(25.8)是一种针对连续运动物体的解决方案,它跟踪并预测物体的运动,以便提前判断未来可能的碰撞。粒子系统(25.10)在游戏和视觉效果中广泛应用,碰撞检测也是粒子行为控制不可或缺的一部分。 最后,动态交点测试(25.11)不仅限于碰撞,还包括了碰撞后物体间的物理响应和交互。章节的尾部提供了参考文献(43-45页)和索引(51页),供读者进一步探索相关领域的深入研究。 线性代数与三角学在这章中作为强大的工具,支持着计算机图形学中碰撞检测的理论基础和实际操作,其在复杂场景中的优化算法和技术对于现代图形应用的实时性和真实感至关重要。