8、基于图像的碰撞检测技术解析

基于图像的碰撞检测技术解析

1. 引言

在虚拟环境中，动态对象是大量交互事件的源头，其中大部分交互事件由对象碰撞产生。目前已开发的碰撞检测方法主要基于几何对象空间的干涉测试，但这类传统方法存在一定局限性。随着计算机模型复杂度的不断提升，从简单的3D对象交互模拟到如今包含大量几何组件和复杂特征的模型，如衣物、柔软可变形物体等，对自动碰撞检测的需求大幅提高。例如，一件落在女性身体模型上的裙子可能由超过30,000个三角形组成，会出现物体间碰撞和自身碰撞两种情况。

近年来，碰撞检测领域的研究再度兴起，新的研究成果在对象表示、空间划分和剔除方法等方面带来了新的思路。例如，出现了新的边界框技术、层次结构优化了干扰特征定位、特征定位和对象间距离跟踪加速了检测方法，以及提出了基于速度和加速度的自适应时间步长。

2. 碰撞检测方法概述

2.1 对象空间碰撞检测（OBCD）

对象空间碰撞检测方法通常依赖于对象的几何结构，即使对于简单的多面体组合，这种结构也可能非常复杂，导致准确高效地识别近距离对象对之间的最近特征成为一项高度复杂的计算任务。大多数方法仅限于平面边界表面，并且由于预处理或运行时搜索最近特征，运行成本往往较高。

对象空间碰撞检测的局限性还体现在跟踪3D空间中任意对象的运动时，会使主处理器因对象空间的识别和最近特征的跟踪而不堪重负。尽管图形加速硬件有所发展，但对象空间的碰撞检测问题仍然受到限制。

2.2 图像空间碰撞检测（IBCD）

与对象空间碰撞检测方法相比，图像空间碰撞检测解决方案更易于实现，对对象几何形状具有高度的鲁棒性，并且有很大潜力利用当前图形板的硬件辅助渲染功能。这