[發明專利]一種基于緩存信息的三維吊裝動態碰撞檢測方法

有效

• 申請號: 201210252454.9
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102841961A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 曹衛華;吳敏;安劍奇;何勇;舒世龍;王令;林藝輝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及工程機械仿真與碰撞檢測設計領域,特別是一種基于緩存信息的三維吊裝動態碰撞檢測方法。?

背景技術

近些年來，汽車起重機械行業在國家城鎮化與基礎建設投資的大背景下得到了迅猛的發展，已經成為并將長期成為國民經濟各行業提供技術裝備的戰略性產業。然而，目前吊裝方案的制定幾乎完全依靠人工經驗，吊裝物與作業場景內其他物體容易發生碰撞，不僅存在安全隱患、容易失誤，造成吊裝安全事故，而且精度較低，導致吊裝過程較為復雜，吊裝效果并不理想。因此，進行吊裝場景內的動態碰撞檢測仿真，能夠保證吊裝過程的安全性與吊裝方案的有效性，具有較大的實用價值與實際指導作用。

國內外已有針對碰撞檢測的研究，但多為靜態碰撞檢測方法，比如基于線面相交原理的交點轉化方法、基于包圍盒技術的包絡法與基于凸多面體的碰撞檢測算法等，動態碰撞檢測方法的研究較少，主要是DSMC（Direct?Simulation?Monte?Carlo，直接模擬蒙特卡洛）方法與柵格劃分法。

DSMC方法利用分子動力學原理，將空間分割為有限個互相相切的球體，空間內球體分子的密度取決于權重因子或者權重變量。該方法按照分子熱運動規律，進行動態碰撞檢測的直接模擬，因此，需要并行計算技術，實現難度與工程規模均較大。另一種常用的方法為柵格劃分法，該方法對全空間進行立方體劃分，將空間分割為有限個共面的立方體，空間內立方體的密度由權重對象來決定。柵格劃分法屬于理想情況下的方法，往往需要配合其他復雜的規則與算法。

由上可知，常用的動態碰撞檢測算法均較為復雜，軟硬件配置要求較高，并不適合基于一般配置要求開發的三維仿真系統。同時，對于常用方法均利用關鍵坐標信息判斷場景內對象是否在某一三維空間中的特點，通過緩存信息，完全可以簡化實現。此外，針對三維吊裝仿真的動態碰撞檢測方法基本沒有，因此，基于緩存信息的三維吊裝動態碰撞檢測方法極具現實意義。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種基于緩存信息的三維吊裝動態碰撞檢測方法，解決一般配置要求下的動態碰撞檢測問題，在降低算法難度的同時，有效減少資源消耗，改善系統仿真性能，實現三維吊裝環境下的動態碰撞檢測。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種基于緩存信息的三維吊裝動態碰撞檢測方法，其特征在于，該方法為：

1）建立起重機模型，添加吊裝物與障礙物，完成吊裝場景的搭建；

2）開始吊裝，并初始化緩存信息及相應的緩存信息樹；所述緩存信息樹包括起重機緩存信息樹和場景物體緩存信息樹；

3）進行緩存域配置：初始化緩存域，并搜素緩存域內的障礙物，記錄緩存域信息；

4）結合緩存信息，進行虛擬點選，得到障礙物與吊裝物之間的干涉距離；

5）判斷所述干涉距離是否小于等于零，若是，表明即將發生碰撞；若否，表明不會發生碰撞，那么調用起重機緩存信息樹，得到各個關鍵節點的緩存信息。

步驟1）中，起重機模型的建立，首先需通過Pro/E繪制并導出asm格式的數據文件，然后利用DeepExploration軟件進行數據格式的轉換，將asm格式的數據文件轉換為可供VC++使用的cpp格式文件，最后調用OpenGL函數庫，在VC?++運行環境下繪制起重機模型。與起重機模型不同，吊裝物與障礙物模型均采用基本三維形體，因此，其搭建則直接通過調用OpenGL函數庫來完成。

步驟2）中，緩存信息具體存儲在相應的緩存信息樹中，初始化緩存信息及相應的緩存信息樹的設計，包括起重機緩存信息樹的設計與場景物體緩存信息樹的設計兩個部分。

（1）起重機緩存信息樹的設計

起重機緩存信息樹用于記錄起重機模型對象中的各個重要節點，這些重要節點均直接或者間接地參與每個功能操作。經過對起重機相關功能操作的分析，確定起重機的重要節點為回轉臺節點、主副吊臂節點、吊鉤節點與駕駛室節點。此外，起重機緩存信息樹的結點不僅包含起重機的重要節點信息，還包含該節點的坐標位置、偏轉角度、節點代號信息。

（2）場景物體緩存信息樹的設計

場景物體緩存信息樹用于記錄場景內吊裝物與障礙物的信息。由于場景內物體均為長方體、正方體、球體、圓錐體、圓柱體等規則物體，因此，其緩存信息除了坐標位置信息外，主要依據自身屬性來選取，如中心三維坐標信息、底面圓半徑、底面圓圓心坐標信息、長、寬、高、球半徑。