移动平台中基于XNA的3D碰撞检测的研究与应用

论文摘要

碰撞检测技术是指检测虚拟场景中两个或多个物体对象之间是否碰撞，何时碰撞，何处碰撞等问题。碰撞检测技术在计算机游戏，物理仿真，虚拟技术，计算动画等领域得到广泛的应用。因其算法复杂且极易出错，特别当3D软件成为软件开发的主流时，在桌面系统和移动平台上都成为程序开发的难点。移动平台因其自身固有的局限性，直接将基于桌面系统上的碰撞检测算法移植到移动平台上是不可取的。我们往往需根据具体的环境设计特定的碰撞检测算法。好的碰撞检测技术可以保证虚拟场景对真实世界的正确虚拟化，使其具有更好的真实感，渲染感和实时性。本论文对移动平台中的包围球算法和轴对齐包围盒算法进行了深入的研究和分析，针对其在时间复杂度和碰撞精确度方面的不足，分别对其进行了算法优化，并以此提出了一个混合碰撞检测算法。并应用于在XNA框架下基于Windows Phone移动平台上的三难游戏中。本论文的主要成果有以下几个方面：1.深入分析和研究了各个移动平台其各自固有的特点，研究了三大主流移动平台的系统架构，技术架构和传输方式及未来的发展前景。2.研究并分析了在桌面系统和移动平台上的碰撞检测算法的类型及各自特点，并总结了设计碰撞检测算法时所需考虑的问题，为本文的研究奠定理论基础。3.针对移动平台中的包围盒算法和轴对齐包围算法各自的不足，对两碰撞检测算法分别提出了相应的优化方案，并利用空间划分法对粗略碰撞检测阶段进行相应优化。从而提出了一个混合碰撞检测算法模型。使其在时间复杂度与碰撞精确度方面得到更好的平衡。4.在Windows Phone移动平台上设计了一款3D应用，论述了其混合碰撞检测算法在移动平台的可行性和实用性。本文中提出的碰撞检测优化方案在降低算法的复杂度的基础上很好的提高了碰撞的精确度。说明了本论文的研究是合理的和可行的，也证明了该研究成果在移动平台领域具有应用潜力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究及发展现状
• 1.3 主要工作与贡献
• 1.4 论文结构
• 本章小结
• 第2章 移动平台的研究
• 2.1 移动平台
• 2.1.1 移动手机
• 2.1.2 平板电脑
• 2.2 移动平台的多样性
• 2.2.1 iphone OS
• 2.2.2 Android OS
• 2.2.3 Windows Phone
• 2.3 移动平台的差异性
• 2.3.1 移动平台与桌面操作系统的差异性
• 2.3.2 移动平台间的差异性
• 本章小结
• 第3章 XNA 架构的研究
• 3.1 XNA 架构
• 3.1.1 XNA4.0 新特性
• 3.1.2 XNA4.0 中重要的类及方法
• 3.2 用户输入
• 3.3 粒子系统
• 3.4 移动三维游戏开发
• 本章小结
• 第4章 碰撞检测技术的研究与优化
• 4.1 碰撞检测技术
• 4.2 碰撞检测算法的设计性问题
• 4.2.1 碰撞检测的设计因素
• 4.2.2 碰撞与几何渲染
• 4.2.3 特定的碰撞检测算法
• 4.3 桌面系统中的碰撞检测技术
• 4.4 移动平台中的碰撞检测技术
• 4.4.1 包围球（Bounding Sphere）
• 4.4.2 轴向包围盒（Axis Aligned Bounding Box, AABB）
• 4.4.3 包围截锥体（Bounding Frustum, BF）
• 4.5 不同类型的碰撞检测
• 4.5.1 静态碰撞检测
• 4.5.2 动态碰撞检测
• 4.6 空间划分技术
• 4.7 碰撞检测算法的优化
• 4.7.1 包围球算法的优化
• 4.7.2 轴对齐包围盒算法的优化
• 4.7.3 空间划分
• 本章小结
• 第5章 系统设计与实现
• 5.1 实现与环境搭建
• 5.2 系统框架结构
• 5.3 系统实现
• 5.4 系统测试与分析
• 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果