维修性分析与仿真中的高效碰撞检测算法研究

论文摘要

维修性是现代高技术武器装备的重要特性,装备的维修性是设计出来的,需要在装备的结构、性能设计过程中,同步、并行、方便、快速、实时地进行维修性分析与评价,设计师根据分析评价结果进行维修性优化设计。其中的关键技术之一是在装备结构设计的同时如何实时、同步地进行维修过程的碰撞干涉检测,用以判断当前设计方案“便于维修”的特征。本文重点研究基于维修性分析的高效碰撞检测算法,主要研究内容包括:1.深入研究分析现有的各种碰撞检测算法。通过对现有的几种算法进行分析、比较,选择了层次包围盒法、空间分解法作为重点研究的方法;通过对层次包围盒树的构造方法、层次结构的遍历以及包围盒的更新的研究,对比分析了几种层次包围盒算法的性能。2.根据维修性分析中碰撞检测算法实时性和精确性的要求,提出了空间分解和层次包围盒相结合的混合碰撞检测算法。该算法首先用均匀空间剖分方法找出潜在的相交区域,再采用哈希表的数据存储结构加快检测速度,最后对这些区域实时构造OBB层次包围盒,用以实现精确的检测碰撞。3.采用C++编程实现了本文上面提出的混合碰撞检测算法,基于OpenGL对减速器的维修过程进行了仿真。分别采用了混合碰撞检测算法、OBB层次包围盒经典算法RAPID对扳手与减速器之间的碰撞进行检测,不同算法的检测时间对比结果证明了,在减速器维修性分析中,本文提出的混合碰撞检测算法更加高效。本文提出的混合碰撞检测算法具有一定的通用性和推广价值,经过工程化软件开发,结合已有结构设计软件和维修性分析软件,可以拓展应用于其它武器装备的维修性分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作及结构安排
• 第二章 维修性分析基本理论与碰撞检测算法分析
• 2.1 维修性分析与仿真中的碰撞检测技术
• 2.1.1 维修性基本概念综述
• 2.1.2 维修性分析中的碰撞检测
• 2.2 碰撞检测基本思想
• 2.3 碰撞检测算法分类
• 2.3.1 基于时间域的碰撞检测算法
• 2.3.2 基于空间域的碰撞检测算法
• 2.4 碰撞检测算法流程
• 2.4.1 初步检测阶段
• 2.4.2 详细检测阶段
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于物体空间的碰撞检测算法研究
• 3.1 层次包围盒
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 几种层次包围盒简介
• 3.2 层次包围盒树的碰撞检测算法
• 3.2.1 层次包围盒树的构造方法
• 3.2.2 层次结构的遍历
• 3.2.3 层次包围盒树的更新
• 3.3 几种层次包围盒算法性能对比分析
• 3.4 空间分解法
• 3.4.1 均匀剖分法
• 3.4.2 八叉树剖分
• 3.4.3 BSP树剖分
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于空间分解和OBB层次包围盒的混合碰撞检测算法研究
• 4.1 混合碰撞检测算法提出依据
• 4.2 混合碰撞检测算法流程
• 4.3 空间分解检测阶段
• 4.3.1 网格单元尺寸
• 4.3.2 基于哈希表的数据存储结构
• 4.4 OBB层次包围盒检测阶段
• 4.4.1 OBB包围盒的构造
• 4.4.2 OBB包围盒之间的相交测试
• 4.4.3 OBB层次二叉树的遍历
• 4.4.4 基本几何元素之间的相交测试
• 4.4.5 碰撞检测模型的更新
• 4.5 本章小结
• 第五章 混合碰撞检测算法在减速器维修性分析与仿真中的实现与应用
• 5.1 减速器维修仿真软硬件环境
• 5.2 仿真设计与内容
• 5.2.1 仿真效果
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果