CN110309584A - 一种室内环境下3d对象碰撞检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内环境下3D对象碰撞检测方法及检测系统，首先对3D对象进行投影处理，获得二维平面上的目标投影，然后对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点，建立3D对象信息，最后基于所构建目标室内环境的几何化表示，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象在目标室内环境内的碰撞检测；能够有效解决现有3D对象结构复杂、以及简化外包表示导致的碰撞检测不精确问题，实现3D对象真实形态的精确模拟、以及高效的碰撞检测，在室内场景家具自动布局领域起到重要的作用。

Description

一种室内环境下3D对象碰撞检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种室内环境下3D对象碰撞检测方法及检测系统，属于计算机图形学和数学分析技术领域。

背景技术

随着房地产、以及装修行业的发展，三维建模在室内设计装修布局方案中受到了极大的关注，而在室内家具智能自动布局技术的帮助下，设计师只需进行少量调整便可为客户生成设计方案，能够大大减少设计师的设计时间。而智能高效的室内家具自动布局技术离不开高效的碰撞检测技术，目前的3D对象碰撞检测基本上采用对象的外包立方体进行碰撞检测，难以模拟真实的3D模型形态进行碰撞检测，导致碰撞检测的精度不够高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，能够精确地模拟3D对象的真实形态，进而实现高效的碰撞检测。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了：

一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，用于实现目标3D对象在目标室内环境移动过程中的碰撞检测，包括如下步骤：

步骤A. 获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影，构成目标投影，然后进入步骤B；

步骤B. 针对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点，然后进入步骤C；

步骤C. 针对目标室内环境进行水平面上的几何化构建，获得目标室内环境的几何化表示，然后进入步骤D；

步骤D. 将目标投影置于目标室内环境几何化表示中，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，即目标投影轮廓上各位置点随目标投影中心点位置变换、做相同位置变换过程中，若目标投影轮廓上的所有位置点中、存在位于目标室内环境几何化表示中禁止区域的位置点，则表示目标3D对象与目标室内环境发生碰撞；若目标投影轮廓上的所有位置点中、不存在位于目标室内环境几何化表示中禁止区域的位置点，则表示目标3D对象与目标室内环境不发生碰撞。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤A中，采用离散化投影方法，获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影，构成目标投影。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，针对目标投影，以目标投影中心点位置按顺时针或逆时针方向每隔预设角度、发射射线，然后分别获得各相邻射线之间目标投影轮廓上、距离目标投影中心点位置最远的位置，即作为目标投影轮廓上的各个位置点。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中，所述目标室内环境的几何化表示包括墙体组成的封闭空间、窗户禁止布局区域列表、门禁止布局区域列表。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中，所述目标室内环境的几何化表示还包括布局区域组成的封闭空间，即为基于目标室内环境的预设期望布局区域。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤B中，在获得目标投影轮廓上各个位置点之后，在目标投影所在面内，以目标投影的中心点位置、针对目标投影进行旋转，获得各个不同角度的目标投影、以及各目标投影轮廓上各个位置点；

所述步骤D中，分别针对各个不同角度的目标投影，将目标投影置于目标室内环境几何化表示中，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象与目标室内环境的碰撞检测。

本发明的第二个方面，提供了：

一种针对室内环境下3D对象碰撞检测方法的检测系统，通过所设计模块之间的调用，能够精确地模拟3D对象的真实形态，进而实现高效的碰撞检测。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种针对室内环境下3D对象碰撞检测方法的检测系统，包括投影生成模块、降采样模块、环境几何构建模块、碰撞检测模块；其中，投影生成模块用于获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影；

降采样模块用于针对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点；

环境几何构建模块用于针对目标室内环境进行水平面上的几何化构建，获得目标室内环境的几何化表示；

碰撞检测模块用于针对目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象在目标室内环境内的碰撞检测。

本发明所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法及检测系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明的第三个方面，提供了：

一种计算机可读取介质，所述的计算机可读取介质上记载有可运行权利要求1至6任意一项所述的方法的计算机程序。

有益效果

本发明所设计室内环境下3D对象碰撞检测方法及检测系统，首先对3D对象进行投影处理，获得二维平面上的目标投影，然后对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点，建立3D对象信息，最后基于所构建目标室内环境的几何化表示，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象在目标室内环境内的碰撞检测；能够有效解决现有3D对象结构复杂、以及简化外包表示导致的碰撞检测不精确问题，实现3D对象真实形态的精确模拟、以及高效的碰撞检测，在室内场景家具自动布局领域起到重要的作用。

附图说明

图1是本发明设计室内环境下3D对象碰撞检测方法的流程示意图；

图2是本发明设计中步骤B分别基于45度、22.5度旋转间隔角度的降采样效果示意图；

图3是本发明设计中降采样后3D对象在室内环境中的位置示意图；

图4是本发明设计中降采样后3D对象与窗户禁止布局区域碰撞示例图；

图5是本发明设计中降采样后3D对象与门禁止布局区域的示例图；

图6是本发明设计中降采样后3D对象与门禁止布局区域碰撞示例图；

图7是本发明设计中降采样后3D对象与门禁止布局区域中扇形移动区域域碰撞示例图；

图8是本发明设计中降采样后3D对象的碰撞检测流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。应当理解，给出这些示例性实施例仅是为了使相关领域的技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本申请对根据本申请的实施例的系统中的某些系统、模块或单元做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在客户端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明设计了一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，用于实现目标3D对象在目标室内环境移动过程中的碰撞检测，如图1所示，包括如下步骤：

步骤A. 采用离散化投影方法，获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影，构成目标投影，然后进入步骤B。

步骤B. 针对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点，然后进入步骤C。

上述步骤B在实际应用当中，如图2所示，针对目标投影，以目标投影中心点位置按顺时针或逆时针方向每隔预设角度、发射射线，然后分别获得各相邻射线之间目标投影轮廓上、距离目标投影中心点位置最远的位置，即作为目标投影轮廓上的各个位置点。实际应用中，此处每隔预设角度越小，则所获位置点越多，轮廓信息越准确。

基于步骤B所获，具体实际应用中，在目标投影所在面内，以目标投影的中心点位置、针对目标投影进行旋转，获得各个不同角度的目标投影、以及各目标投影轮廓上各个位置点。

步骤C. 针对目标室内环境进行水平面上的几何化构建，获得目标室内环境的几何化表示，然后进入步骤D。其中，目标室内环境的几何化表示包括墙体组成的封闭空间WallPolygon、窗户禁止布局区域列表List<WindowPolygon>、门禁止布局区域列表List<DoorPolygon>、布局区域组成的封闭空间AreaPolygon，布局区域组成的封闭空间即为基于目标室内环境的预设期望布局区域。

实际应用当中，如图8所示，WallPolygon由墙体内侧边缘围成，若目标投影轮廓上的所有位置点都在WallPolygon内部，则目标3D对象与墙体无碰撞，反之目标3D对象与墙体有碰撞。

AreaPolygon由用户自定义形成期望布局区域，超出布局区域认为布局不合理，即存在“虚碰撞”，检测时判断目标投影轮廓上的所有位置点是否都在AreaPolygon内部，若都在AreaPolygon内部，认为不存在“虚碰撞”，否则认为存在“虚碰撞”，根据用户配置信息，判断是否允许虚碰撞。

窗户禁止布局区域由房间中各个窗户形成，不同类型的窗户的禁止布局区域根据配置策略生成，比如飘窗上允许放小件软装，但普通窗户不允许布局物品，若目标投影轮廓上的所有位置点中、任何一个位置点在禁止区域内，都认为与窗户有碰撞。

门的禁止区域主要用于通行，根据用户配置信息生成矩形区域、或根据门的开合方向用多个相邻的等腰三角形模拟门的开合范围，与窗户的禁止布局区域类似，若目标投影轮廓上的所有位置点中任何一个点在禁止区域内，都认为物体与门有碰撞。

基于上述认知，即执行如下步骤D，由于目标3D对象与室内环境布局本身解耦，可以事先离线对待布局的目标3D物品进行批量化处理，缓存目标3D物品的信息，碰撞检测时只需从缓存中加载，而无需实时对目标3D物品进行降采样，节省检测时间。

步骤D. 分别针对各个不同角度的目标投影，将目标投影置于目标室内环境几何化表示中，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，即目标投影轮廓上各位置点随目标投影中心点位置变换、做相同位置变换过程中，若目标投影轮廓上的所有位置点中、存在位于目标室内环境几何化表示中禁止区域的位置点，则表示目标3D对象与目标室内环境发生碰撞；若目标投影轮廓上的所有位置点中、不存在位于目标室内环境几何化表示中禁止区域的位置点，则表示目标3D对象与目标室内环境不发生碰撞。

针对上述所设计室内环境下3D对象碰撞检测方法，本发明进一步设计了针对此方法的检测系统，实际应用当中，包括投影生成模块、降采样模块、环境几何构建模块、碰撞检测模块；其中，投影生成模块用于获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影。

降采样模块用于针对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点。

环境几何构建模块用于针对目标室内环境进行水平面上的几何化构建，获得目标室内环境的几何化表示。

碰撞检测模块用于针对目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象在目标室内环境内的碰撞检测。

将上述所设计室内环境下3D对象碰撞检测方法应用于实际当中，如图3所示，若用矩形外包检测会认为3D对象与室内环境有碰撞，而降采样后的目标3D对象有更准确的轮廓信息，能够较好的进行碰撞判断。

如图4所示，窗户的禁止布局区域可根据配置生成，不同的窗户类型和不同的3D对象的组合有着不同的禁止布局区域，也就是说，在同种类型的窗户下，对象A的禁止布局区域不一定是对象B的禁止布局区域，同一个对象A，在不同类型的窗户下有着不同的禁止布局区域。共性是禁止布局区域都可以用多边形来表示，图中虚线范围和窗户区域的并集便是该窗户的禁止布局区域，布局时禁止目标投影轮廓上任何一个位置点布局到禁止区域中。

如图5所示，根据门的元数据信息，可以得到门的开合区域，这片区域也是门的禁止布局区域。实际应用时可根据配置设置为矩形的通行区域如图6所示，或者近似成扇形的多边形区域如图7所示，将这些多边形区域作为门的禁止布局区域，布局时禁止目标投影轮廓上任何一个位置点布局到禁止区域中。

如图8所示，根据室内环境的几何化表示，得到一系列多边形结合，多边形分为两大类，“禁止布局类”和“期望布局类”，期望布局类多边形要求目标投影轮廓上所有位置点都在多边形内部，禁止布局类要求目标投影轮廓上任何一个位置点都不在多边形内部，目标投影轮廓上位置点满足所有禁止布局类和期望布局类的多边形的要求条件，认为不存在“广义碰撞”，为了加速判断，可预先用目标投影轮廓上所有位置点和多边形区域的边界信息进行筛选，加速检测过程。

上述技术方案所设计室内环境下3D对象碰撞检测方法及检测系统，首先对3D对象进行投影处理，获得二维平面上的目标投影，然后对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点，建立3D对象信息，最后基于所构建目标室内环境的几何化表示，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象在目标室内环境内的碰撞检测；能够有效解决现有3D对象结构复杂、以及简化外包表示导致的碰撞检测不精确问题，实现3D对象真实形态的精确模拟、以及高效的碰撞检测，在室内场景家具自动布局领域起到重要的作用。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

Claims (8)

1.一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，用于实现目标3D对象在目标室内环境移动过程中的碰撞检测，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A. 获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影，构成目标投影，然后进入步骤B；

步骤B. 针对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点，然后进入步骤C；

步骤C. 针对目标室内环境进行水平面上的几何化构建，获得目标室内环境的几何化表示，然后进入步骤D；

步骤D. 将目标投影置于目标室内环境几何化表示中，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，即目标投影轮廓上各位置点随目标投影中心点位置变换、做相同位置变换过程中，若目标投影轮廓上的所有位置点中、存在位于目标室内环境几何化表示中禁止区域的位置点，则表示目标3D对象与目标室内环境发生碰撞；若目标投影轮廓上的所有位置点中、不存在位于目标室内环境几何化表示中禁止区域的位置点，则表示目标3D对象与目标室内环境不发生碰撞。

2.根据权利要求1所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，其特征在于：在一个优选实施方式中，所述步骤A中，采用离散化投影方法，获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影，构成目标投影。

3.根据权利要求1所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，其特征在于：在一个优选实施方式中，所述步骤B中，针对目标投影，以目标投影中心点位置按顺时针或逆时针方向每隔预设角度、发射射线，然后分别获得各相邻射线之间目标投影轮廓上、距离目标投影中心点位置最远的位置，即作为目标投影轮廓上的各个位置点。

4.根据权利要求1所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，其特征在于：在一个优选实施方式中，所述步骤C中，所述目标室内环境的几何化表示包括墙体组成的封闭空间、窗户禁止布局区域列表、门禁止布局区域列表。

5.根据权利要求4所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，其特征在于：在一个优选实施方式中，所述步骤C中，所述目标室内环境的几何化表示还包括布局区域组成的封闭空间，即为基于目标室内环境的预设期望布局区域。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法，其特征在于：在一个优选实施方式中，所述步骤B中，在获得目标投影轮廓上各个位置点之后，在目标投影所在面内，以目标投影的中心点位置、针对目标投影进行旋转，获得各个不同角度的目标投影、以及各目标投影轮廓上各个位置点；所述步骤D中，分别针对各个不同角度的目标投影，将目标投影置于目标室内环境几何化表示中，伴随目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象与目标室内环境的碰撞检测。

7.一种针对权利要求1至6中任意一项所述一种室内环境下3D对象碰撞检测方法的检测系统，其特征在于：在一个优选实施方式中，包括投影生成模块、降采样模块、环境几何构建模块、碰撞检测模块；其中，投影生成模块用于获得目标3D对象在室内环境水平面上的投影；

降采样模块用于针对目标投影进行降采样，获得目标投影轮廓上的各个位置点；

环境几何构建模块用于针对目标室内环境进行水平面上的几何化构建，获得目标室内环境的几何化表示；

碰撞检测模块用于针对目标投影在目标室内环境几何化表示当中的移动，实现目标3D对象在目标室内环境内的碰撞检测。

8.一种计算机可读取介质，其特征在于，所述的计算机可读取介质上记载有可运行权利要求1至6任意一项所述的方法的计算机程序。