虚拟装配系统中碰撞检测技术的研究与应用

论文摘要

论文首先阐述了我国高速铁路飞速发展、高速动车组大量投入使用的现状,分析了传统的装配模式不能满足高速动车组的生产与检修的问题,提出了高速动车组虚拟装配系统的研究与开发课题。碰撞检测是虚拟装配过程中的重要环节,精确的碰撞检测对提高装配仿真的可靠性、增强路径规划的合理性有至关重要的作用。本文以CRH3高速动车组转向架虚拟装配为例,对碰撞检测算法进行了深入研究,主要包括一下几个方面的内容:（1）对碰撞检测的发展现状、基本原理以及碰撞检测算法的分类进行了阐述,介绍了碰撞检测算法的一般框架和关键技术,对碰撞检测常用的几种层次包围盒方法:包围球、AABB、OBB和k-Dops进行了系统研究,并对这几种方法的优缺点进行了分析比较。（2）在对各类碰撞检测算法做出了深入了解和综合分析的基础上,选择了效率较高的层次AABB技术作为系统的核心技术。同时,对基于AABB层次包围盒的碰撞检测算法进行了研究,并对AABB层次包围盒碰撞检测技术进行了内存优化。由于使用了更精确的三角形-AABB测试替代AABB之间的测试,系统效率得到了提高。（3）根据以上研究,采用面向对象的系统设计方法,利用OSG图形开发引擎,在VS2005平台上实现了虚拟装配系统的碰撞检测功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 虚拟装配中的碰撞检测
• 1.3 碰撞检测技术的发展现状
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 碰撞检测技术
• 2.1 碰撞检测的基本原理
• 2.2 碰撞检测算法分类
• 2.2.1 基于时间域的碰撞检测算法分类
• 2.2.2 基于空间域的碰撞检测算法
• 本章小结
• 第三章 碰撞检测算法的一般框架以及关键技术
• 3.1 碰撞检测算法的一般框架
• 3.2 初步检测阶段
• 3.2.1 空间剖分法
• 3.2.2 “掠扫和裁剪”法
• 3.3 详细检测阶段
• 3.3.1 逐步求精层
• 3.3.2 精确求交层
• 本章小结
• 第四章 层次包围盒技术
• 4.1 常见包围盒类型
• 4.1.1 包围球
• 4.1.2 AABB 包围盒
• 4.1.3 OBB 包围盒
• 4.1.4 k-Dops 固定方向包围盒
• 4.2 层次包围盒的构造方法
• 4.2.1 自底向上方法
• 4.2.2 自顶向下方法
• 4.3 层次包围盒的更新
• 4.4 包围盒技术的比较
• 4.4.1 碰撞检测的耗费函数
• 4.4.2 几种包围盒技术的比较
• 本章小结
• 第五章 基于AABB 层次包围盒的碰撞检测算法
• 5.1 AABB 包围盒树的构建
• 5.2 AABB 包围盒树的更新
• 5.3 AABB 层次包围盒的相交测试
• 5.3.1 包围盒树的遍历
• 5.3.2 AABB 包围盒之间的相交检测
• 5.4 基本图元间相交检测
• 5.4.1 三角形的相交检测
• 5.4.2 相交检测的优化
• 5.5 内存优化
• 5.5.1 层次包围盒的内存需求问题
• 5.5.2 减少内存需求
• 本章小结
• 第六章 虚拟装配系统中碰撞检测的实现
• 6.1 开发环境
• 6.1.1 OSG 简介
• 6.1.2 OSG 场景图形
• 6.2 碰撞检测功能在系统中的实现
• 6.2.1 装配流程设计
• 6.2.2 读取零部件信息
• 6.2.3 基于OSG 的场景绘制
• 6.2.4 碰撞检测
• 6.3 系统运行
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢