CN110321624A - 一种三维空间下3d对象碰撞检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维空间下3D对象碰撞检测方法及检测系统，首先对目标3D对象进行颗粒化处理，然后基于目标3D对象在三维环境下的位置，结合颗粒化的表现形式，实现两目标3D对象之间的碰撞检测，并针对检测过程中引入基于关键信息的碰撞预判断、以及基于平面投影的碰撞预判断，提高了碰撞检测的效率，整个设计解决了现有技术中3D对象的结构复杂，以及简化外包表示导致的碰撞检测不精确问题，有效提高了碰撞检测的准确度与效率。

Description

一种三维空间下3D对象碰撞检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种三维空间下3D对象碰撞检测方法及检测系统，属于涉及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三维空间下3D对象碰撞检测方法，引入颗粒化表现形式，能够高效实现碰撞检测的准确性。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种三维空间下3D对象碰撞检测方法，用于实现三维空间下、两目标3D对象之间的碰撞检测，包括如下步骤：

步骤A. 分别针对两目标3D对象进行颗粒化，然后进入步骤B；

步骤B. 分别针对各目标3D对象，获得目标3D对象在三维空间坐标系下、所占空间位置与所对应各颗粒坐标，以及该目标3D对象在水平面上投影、所占区域位置与所对应各颗粒坐标，然后进入步骤C；

步骤C. 获得两目标3D对象分别在三维空间坐标系下的中心位置、半径、以及相对各坐标轴方向上的边界，作为各目标3D对象分别所对应的关键信息，然后进入步骤D；

步骤D. 根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断，若据此判定两目标3D对象未发生碰撞，则碰撞检测结束；否则进入步骤E；

步骤E. 针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，实现两目标3D对象二维碰撞预判断，若据此判定两目标3D对象未发生碰撞，则碰撞检测结束；否则进入步骤F；

步骤F. 根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞判断。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤D中，根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，按如下规则，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断；

若两目标3D对象中心位置之间的距离大于两目标3D对象的半径之和，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；以及若其中一目标3D对象在某个坐标轴方向上边界最大值、小于另一目标3D对象在该坐标轴方向上边界最小值时，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；否则除上述两种情形外，进入步骤E。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤E中，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，按如下规则，实现两目标3D对象二维碰撞预判断；

若两目标3D对象分别所对应水平面投影之间无碰撞，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；否则进入步骤F。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤F中，根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，判断两目标3D对象是否拥有相同坐标的颗粒，是则判定两目标3D对象发生碰撞，否则判定两目标3D对象未发生碰撞。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤A中，分别针对两目标3D对象进行颗粒化后，分别针对各个目标3D对象进行旋转，获得各目标3D对象分别所对应各个旋转角度状态，然后分别针对两目标3D对象之间、各旋转角度状态的组合，进入步骤B。

与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种基于三维空间下3D对象碰撞检测方法的检测系统，通过模块化的相互协调应用，针对颗粒化形式的对象应用，高效实现碰撞检测的准确性。

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三维空间下3D对象碰撞检测方法的检测系统，包括颗粒化转化模块、投影模块、平面碰撞检测模块、三维碰撞检测模块；

其中，颗粒化转化模块用于针对针对目标3D对象进行颗粒化处理；投影模块用于获得目标3D对象在水平面上的投影；

平面碰撞检测模块针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，实现两目标3D对象二维碰撞预判断；

三维碰撞检测模块用于根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断；以及根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞判断。

有益效果

本发明所述一种三维空间下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：

本发明所设计三维空间下3D对象碰撞检测方法及检测系统，首先对目标3D对象进行颗粒化处理，然后基于目标3D对象在三维环境下的位置，结合颗粒化的表现形式，实现两目标3D对象之间的碰撞检测，并针对检测过程中引入基于关键信息的碰撞预判断、以及基于平面投影的碰撞预判断，提高了碰撞检测的效率，整个设计解决了现有技术中3D对象的结构复杂，以及简化外包表示导致的碰撞检测不精确问题，有效提高了碰撞检测的准确度与效率。

附图说明

图1是本发明设计三维空间下3D对象碰撞检测方法的流程示意图；

图2a是本发明应用中实施例一的3D对象颗粒化示意图；

图2b是本发明应用中实施例二的3D对象颗粒化示意图；

图3是本发明设计中基于关键信息碰撞预判断流程示例图；

图4是本发明设计中基于平面投影碰撞预判断流程示例图；

图5是本发明设计中三维空间判断流程示例图。

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。

本发明设计了一种三维空间下3D对象碰撞检测方法，用于实现三维空间下、两目标3D对象之间的碰撞检测，实际应用当中，如图1所示，具体包括如下步骤。

步骤A. 分别针对两目标3D对象进行颗粒化，其中，如图2a和图2b所示，3D对象的颗粒化粒度可配置，颗粒越小，越能精确地近似3D对象模型，颗粒越大，空间颗粒数量越少，检测越高效。

然后分别针对各个目标3D对象进行旋转，获得各目标3D对象分别所对应各个旋转角度状态，然后分别针对两目标3D对象之间、各旋转角度状态的组合，进入步骤B。

实际应用中，对于各目标3D对象分别所对应的各个旋转角度状态，可以设计采用离线进行，离线处理后、并预缓存，在接下来的步骤操作中，视需求进行调用，能够大大提升检测效率。

步骤B. 分别针对各目标3D对象，获得目标3D对象在三维空间坐标系下、所占空间位置与所对应各颗粒坐标，以及该目标3D对象在水平面上投影、所占区域位置与所对应各颗粒坐标，然后进入步骤C。

实际应用中，针对目标3D对象的颗粒化表示如下几类数据。

（1）Granularity

（2）PosSet(Position(x,y,z))

（3）CubeSet(Position1(x,y,z)-Position2(x,y,z))

（4）FloorPosSet(Position(x,y))

（5）RectSet(Position1(x,y)-Position2(x,y))

其中，Granularity 表示颗粒化粒度，即颗粒化立方体的边长单位，Position(x,y,z)表示各颗粒化立方体上对应各三维坐标轴上最小指所构坐标，即目标3D对象在三维空间坐标系下、所对应各颗粒坐标；CubeSet(Position1(x,y,z)-Position2(x,y,z))表示目标3D对象在三维空间坐标系下、所占空间位置；FloorPosSet(Position(x,y))表示目标3D对象在水平面上投影、所对应各颗粒坐标；RectSet(Position1(x,y)-Position2(x,y)) 表示目标3D对象在水平面上投影、所占空间位置。

步骤C. 获得两目标3D对象分别在三维空间坐标系下的中心位置、半径、以及相对各坐标轴方向上的边界，作为各目标3D对象分别所对应的关键信息，然后进入步骤D。

步骤D. 根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，按如下规则，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断。

若两目标3D对象中心位置之间的距离大于两目标3D对象的半径之和，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；以及若其中一目标3D对象在某个坐标轴方向上边界最大值、小于另一目标3D对象在该坐标轴方向上边界最小值时，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；否则除上述两种情形外，进入步骤E。

上述步骤C在具体的实际应用当中，如图3所示。

步骤E. 针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，按如下规则，实现两目标3D对象二维碰撞预判断。

若两目标3D对象分别所对应水平面投影之间无碰撞，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；否则进入步骤F。

上述步骤E在具体的实际应用当中，如图4所示。

步骤F. 根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，判断两目标3D对象是否拥有相同坐标的颗粒，是则判定两目标3D对象发生碰撞，否则判定两目标3D对象未发生碰撞，由此实现两目标3D对象三维碰撞判断。

上述步骤F在具体的实际应用当中，如图5所示。

与上述相对应，本发明设计了一种针对三维空间下3D对象碰撞检测方法的检测系统，包括颗粒化转化模块、投影模块、平面碰撞检测模块、三维碰撞检测模块。

其中，颗粒化转化模块用于针对针对目标3D对象进行颗粒化处理；投影模块用于获得目标3D对象在水平面上的投影。

平面碰撞检测模块针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，实现两目标3D对象二维碰撞预判断。

三维碰撞检测模块用于根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断；以及根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞判断。

上述技术方案所设计三维空间下3D对象碰撞检测方法及检测系统，首先对目标3D对象进行颗粒化处理，然后基于目标3D对象在三维环境下的位置，结合颗粒化的表现形式，实现两目标3D对象之间的碰撞检测，并针对检测过程中引入基于关键信息的碰撞预判断、以及基于平面投影的碰撞预判断，提高了碰撞检测的效率，整个设计解决了现有技术中3D对象的结构复杂，以及简化外包表示导致的碰撞检测不精确问题，有效提高了碰撞检测的准确度与效率。

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 (6)

1.一种三维空间下3D对象碰撞检测方法，用于实现三维空间下、两目标3D对象之间的碰撞检测，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A. 分别针对两目标3D对象进行颗粒化，然后进入步骤B；

步骤B. 分别针对各目标3D对象，获得目标3D对象在三维空间坐标系下、所占空间位置与所对应各颗粒坐标，以及该目标3D对象在水平面上投影、所占区域位置与所对应各颗粒坐标，然后进入步骤C；

步骤C. 获得两目标3D对象分别在三维空间坐标系下的中心位置、半径、以及相对各坐标轴方向上的边界，作为各目标3D对象分别所对应的关键信息，然后进入步骤D；

步骤D. 根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断，若据此判定两目标3D对象未发生碰撞，则碰撞检测结束；否则进入步骤E；

步骤E. 针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，实现两目标3D对象二维碰撞预判断，若据此判定两目标3D对象未发生碰撞，则碰撞检测结束；否则进入步骤F；

步骤F. 根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞判断。

2.根据权利要求1所述一种三维空间下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D中，根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，按如下规则，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断；

若两目标3D对象中心位置之间的距离大于两目标3D对象的半径之和，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；以及若其中一目标3D对象在某个坐标轴方向上边界最大值、小于另一目标3D对象在该坐标轴方向上边界最小值时，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；否则除上述两种情形外，进入步骤E。

3.根据权利要求1所述一种三维空间下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E中，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，按如下规则，实现两目标3D对象二维碰撞预判断；

若两目标3D对象分别所对应水平面投影之间无碰撞，则判定两目标3D对象未发生碰撞，碰撞检测结束；否则进入步骤F。

4.根据权利要求1所述一种三维空间下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F中，根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，判断两目标3D对象是否拥有相同坐标的颗粒，是则判定两目标3D对象发生碰撞，否则判定两目标3D对象未发生碰撞。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述一种三维空间下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，分别针对两目标3D对象进行颗粒化后，分别针对各个目标3D对象进行旋转，获得各目标3D对象分别所对应各个旋转角度状态，然后分别针对两目标3D对象之间、各旋转角度状态的组合，进入步骤B。

6.一种针对权利要求1至5中任意一项一种三维空间下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，包括颗粒化转化模块、投影模块、平面碰撞检测模块、三维碰撞检测模块；

其中，颗粒化转化模块用于针对针对目标3D对象进行颗粒化处理；投影模块用于获得目标3D对象在水平面上的投影；

平面碰撞检测模块针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，根据两目标3D对象分别在水平面上投影所占区域位置、以及所对应各颗粒坐标，实现两目标3D对象二维碰撞预判断；

三维碰撞检测模块用于根据两目标3D对象分别所对应的关键信息，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞预判断；以及根据两目标3D对象分别在三维空间坐标系下所占空间位置、以及所对应各颗粒坐标，针对两目标3D对象所在三维空间下的位置，实现两目标3D对象三维碰撞判断。