关于虚拟环境中实时车辆碰撞检测的研究摘要：碰撞检测在作为⼀个虚拟现实系统在准确性⽅⾯起到⼀个很重要的 作⽤。通过分析和⽐较⼏个普通碰撞的算法，⼀种实时碰撞的理论发展了起来。包含两种检测阶段。预先碰撞检测，和精确碰撞检测。⾸先，雷达测距理论⽤于预先碰撞检测它可以预测可能的碰撞区域并且有效的保存电脑数据。如果预先碰撞是正确的，⼀种碰撞类型将被选定，同时相关⽅向的两种交通⼯具也被确定。随后，⼀种精确的碰撞检测加⼊相关的碰撞类型中。⼀种⼩限度碰撞距离的数学模型建⽴起来，能过确保车辆中在实际交通的实时性和准确性。结果显⽰该理论简单且符合在实际交通中检测要求的实时性。此外，它也可以⽤于其他碰撞检测实验中。 索引项⽬：实时碰撞检测、车辆驾驶、现实环境、雷达测距
1.介绍：
碰撞检测在现实的三维物体中可以获得不错的性能作⽤。碰撞检测研究在作为⼀个虚拟现实系统为虚拟驾驶是相当必要的。碰撞检测根据不同的应⽤⽽不同，例如：对于在现实环境中的车辆交通，它集中研究在实现环境中在交通⼯具间的碰撞或者交通⼯具与其他物体的碰撞。根据数据，交通因素在所有道路
交通事故的原因中占据将近90%。检测计算两个数学体⽅⾯的关系碰撞并不难。然⽽，在⼀个实时仿真，它需要⾼的时间要求。也就是说，碰撞检测算法要实现实时性能。实时碰撞检测算法原理的法则通过⽐较机⼏组基于车辆交通的仿真需求⽽发展起来的。
快速碰撞算法在提⾼虚拟环境的准确性和浸⼊性⽅⾯扮演着很重要的⾓⾊，然⽽，关于碰撞检测更⾼的要求被提出因为它的复杂性、实时性和准确性。
⽂献[1]提出了⼀种关于虚拟环境中⾼速公路上点和凸多⾯体碰撞检测理论，⽂献[3]提出了⼀种简化的关于交通碰撞的数学模型。它⽤于估计两个最⼤与最⼩检测半径的距离。⼀种简单实惠关于碰撞检测的数学模型建⽴，在理论分析的基础上⼀种新的数字光投影系统绕过盒型的碰撞检测模型被提出，在⽂献[6]，激光作为车辆雷达测量距离和障碍本⾝车前的不同，通过研究激光发射器采
⽤半导体激光发射器在车辆追尾回避系统。在第六届3 D。 VR仿真⽐赛,Meijo ⼤学系统⽬前正在开发的在[7]，可以评价⾼级公民的驾驶技能通过整合的有关特点程序如同范围的视图。帕尔玛⼤学[8]介绍了⼀种基于⼀般对称车辆车辆检测算法。这是具有⼀个矩形包围盒，满⾜具体的长宽⽐的约束。为了得到⼀个真正的驾驶环境，使汽车⾏驶安全的，在⽂献[9]，丰⽥汽车驾驶模拟器开发是⼀个世
界级的real-as-possible援助的发展环境，活跃安全技术、应⽤范围雷达车辆曼莉琼丝安全研究，应⽤雷达传感器分析了尺⼨和⼀个潜在的事故的重量。
2、碰撞检测的基本概念
简⽽⾔之，碰撞检测是检测不同物体在虚拟环境中⼀秒钟内相互碰撞，再深⼀点考虑的话，碰撞检测可分为连续碰撞和离散的碰撞检测。连续碰撞检测可以定义如下:
定义：假设⼀个三维空间R通过引⼊三维坐标系统Fw 。有N个运动模型它们的⽅向和速度随时间变化。Fi指定了No.i所占空间。当Fw是随时间⽽改变⼀个四维坐标系C w形成。四维坐标系统Ci产⽣如果我Fi沿着⼀条特定的轨道运动变化。碰撞检测是判断公式C1∩C2∩C3… Cn =Φ是否存在。
碰撞检测算法能够⽤常见的形式表达(见图⼀)。
3、⼀般的碰撞检测算法
3.1.空间分解⽅法
空间分解的是将虚拟空间分成许多与等体积⽹格和测试对象在同⼀⽹格或者抑制式⽹格，在[11]。典型⽅法包括⼋叉树⽅法和⼆进制空间分区(BSP)。空间分解的原则是以两个物体不会重叠如果他们在不同⽹格，如果两个物体定位同⼀⽹格进⼀步交叉测试是必要的。
3.2.包围体层次变压器油罐
层次包围体是包含复杂的⼏何物体体积⼤简单形状的盒⼦。当侦测到碰撞，我们⾸先应该在碰撞盒⼦重叠测试。然后⼏何物体会被发现准确[12,13]。很明显，包围体⽅法能够有效判断两个⼏何对象是重叠的。有许多类型的绑定卷：碰撞球体,Axis-aligned、包围盒(AABB),⽅向包围盒(树)，离散⽅向polyhedrons(k-DOP)等等，其算法被如下:
1）.碰撞球体⽅法
包围球可以被定义为⼀种最⼩的范围能包裹对象。⽂献[14]指定了它们的区域:
图1常见的碰撞检测算法流程
⼀个球体合理的代表是中⼼点（Cx，Cy，Cz）和半径r，它需要四个参数。
2).Axis-aligned包围盒(AABB)⽅法
axis-aligned的包围盒(AABB)[15]定义为⼀个最⼩⽴⽅体包裹对象和它的边缘平⾏坐标轴。因此，要描述⼀个AABB需要6标量的数量。当构建AABB，其⽅向应该是同轴线⽅向上的局部坐标。所以所有AABB有相同的⽅向。他们指定区域:
公式中：Lx，Ux，Ly，Uy和Uz是每个坐标轴的最⼤和最⼩值。
3).⽅向包围盒层⽅法
该⽅法定位为任意被包裹对象的⽴⽅体和有⼀个相对的坐标轴。⽐起AABB，树的唯⼀特点是其任意⽅向，可以根据物体形状紧紧包裹物体[16]。它指定区域:
公式中：中⼼点是C，V1，V2，V3，是三个垂直⽅向，r1，r2，r3是三个⽅向的半径。
4).k-Discrete定位Polyhedrons(k-DOP)⽅法
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k-DOP的原则是接近⽬标有超过3双平⾏架飞机两半空间的交叉⼝固定⼜有两个轮班替换不变的法向量与相反的⽅向[17]。作为实际⼯程应⽤，我们应该这样做选择的⽅向的法向量有效简化成对平⾏层⾯。
3.3、⽐较的结论
(⼀)空间分解⽅法，当物体均匀地分布在⼀个远的距离，碰撞检测的计算效率⾼。如果有了多个物体在空间定位或他们⾮常接近效率会⾮常缓慢
(2)在包围体的等级制度⽅法，虽然它可以防⽌“⼊侵”这种现象当物品⾮常快地移动，但是应该限制移动速度和运动轨迹应该是简化的。这个⽅法将会限制适⽤范围。此外，它是相当困难的该⽅法模型的建⽴，特别是对复杂和突然的运动。(3)更复杂的包围盒，虚拟物体紧缩包装。这是⼀双⽭盾。所以关键的问题是如何保持它的简单和密封性在相同的时间。
(4)没有算法，可以将它应⽤于所有的情况下，因为⼤部分的碰撞检测算法的具体
应⽤设计。此外，还有⼀些⾼效检测算法复杂、动态的虚拟环境。
综合⽐较那些常见的检测⽅法后,，提出了⼀种在虚拟环境中实时碰撞检测车辆驾驶的算法。
4、实时碰撞检测原理
4.1 汽车⾏驶特征
为了使在实时虚拟环境对汽车驾驶碰撞效果的真实，我们的汽车驾驶具有以下特征。
盲点监测系统(1)在驾驶环境，有很多汽车沿公路和物体停留检测。超过100件物品需要追踪动态变化。
(2)它不仅需要检测到碰撞移动物体和静态的⼈之间，但也是需要两个移动之间的碰撞检测对象。
(3)需要判断两辆车之间的距离是否等于或低于最低碰撞的距离。
(4)根据车辆的分类的影响，本⽂主要研究三个影响，如正⾯碰撞，追尾碰撞和侧撞。
4.2原理
分两个阶段的碰撞检测第⼀个阶段预先碰撞检测第⼆个阶段是准确的碰撞检测。在第⼀阶段，雷达测距原理被⽤来迅速确定可能的碰撞区域，然后对这些潜在的碰撞地区采取进⼀步的⾏动 [18]。程序必须计算出每⼀步Δt的每⼀个点，不得占⽤系统资源和同时不能实时检测。在第⼆阶段，不同检测算法可以选择不同的碰撞类型。帧位置是显⽰在图2。
1).阶段的pre-collision检测
在虚拟环境中开车时车辆被撞后⽆法与他⼈响应。它应该采取⾏动当距离值较低时。⾄于这个⽬的，雷达测距的⽅法被⽤来预测潜在的⾯积碰撞检测(19)(见图3)。
图2碰撞检测的架构
图3、提前碰撞检测区域
当运动时，⼀个圆形的预先碰撞检测区域环绕周围形成的重⼼(缩短为重⼼点)以⼀定的速度旋转。它的半径就是预先碰撞检测的半径，如果Dis - P，专门规定的距离在两个车辆重⼼点,R满⾜下⾯的公式，这个系统就会处理两个车辆之间的预先碰撞。
在这个公式中,L2表⽰为距离重⼼点到汽车的⼤多数正⾯点。
2)精确碰撞检测阶段
预先碰撞后准确的碰撞检测就会开始。在这⼀阶段,⾸先，根据车辆的相对⽅向⾓α确定了可能碰撞的类型。如果α是180度，检测程序正⾯碰撞将会开始；如果α是0度追尾事件检测程序的开始；否则，检测程序的侧⾯碰撞将会开始。图5展⽰检测流程图。这试验在下⾯的假定:
(1)如果有⼈侧⾯碰撞、矩形包围盒会使⽤简化的汽车模型。
(2)只有三种⾃由的运动：两个物体(⽤X和Y取代)和旋转运动(在Z轴)。
(3)车辆和道路都在同⼀平⾯上在碰撞之前或之后。
(4)最⼩碰撞距离µ被⽤来确保系统有充⾜的时间处理和做出及时响应。
5.最⼩碰撞距离的数学模型。
最⼩碰撞距离µ也称为车辆的安全距离，相对具有巨⼤的车辆制动距离。所以制动距离应该是在计算最⼩碰撞的距离前计算。
有四个阶段对车辆制动过程[18,20、21、22]：司机响应时间t1、制动协调时间t2，增加时间减速制动时间t3和连续制动时间t4。制动减速和时间之间的关系、关系制动距离和时间之间被简化如图4所⽰。
蜂巢芯图4：简化关系图和制动减速时间t 制动距离之间的关系和时刻t曲线
1)计算该车辆的制动距离
车辆的最初速度和最⼤减速分别假设为V0和amax，他们的单位公⾥/⼩时和m / s2。
(2)滑动距离S1在司机响应时间t1
因为在司机响应时间t1期间没有制动⼒、车辆还是以最扯的制动速度V0及其运⾏的距离S1可以通过下⾯的公式计算出来：S1=V0t1 /3.6 （5）
(2)在刹车调整时间t2的滑动距离S2
因为在刹车调整时间t2没刹车制动⼒，车辆还是运⾏初始速度V0及其运⾏的距离S2可以按下⾯的公式计算:
S =Vt /3.6 （6）
(3)当你在减速时间增加到t3时的滑动距离S3
在此期间，减速线性变化，因此可以通过以下公式计算：
由于这段时间的初始速度是:
把单位换算成公⾥/⼩时，那么:
根据相关统计分析,t3在实际制动过程可以认为是0.1秒、车辆减速⽐⼀般汽车10 m / s2[23]。最后上述制定的⼀部分被忽略，可能很简化如下：
S =Vt/ 3.6 (15)
(4)在不断的制动时间t4内的滑动距离
在这期间，车辆运⾏在减速amax，其初始速度是V o和结束速度是0。相应公式S4可以由以下公式计算。
联⽴上述公式刹车距离公式可以计算如下：
2)⽬标车辆的制动距离
车辆的制动过程是类似这辆车的。这辆车开始意识到另⼀个汽车的靠近，可能引起碰撞直到⽬标车辆减慢。因此, ⽬标车辆制动距离可以如下公式表⽰：育苗营养块
其中⽬的车辆的初始速度和刹车减速被定义为Vi和aimax。
因此，车辆的安全距离可以通过下⾯的公式计算:
碰撞的警告条件：
公式中两量车的滑动距离表⽰为：D。
在应⽤中的计算和判断会造成时间延时，因此，在计算最⼩碰撞距离u时要加⼊冗余值∑，数学模型表⽰如下
υ =S '+∑ (21)
6.程序的流程图和数据结构
⾸先，查询当前两个车辆的Cg坐标和计算Cg P1和P2之间的距离 (Dis)；然后判决预先碰撞检测半径和Dis之间的关系。如果预先碰撞是真实的，精确碰撞检测将开始全⾯流程图是显⽰在图5。
车辆碰撞检测的数据结构包括:
Int 碰撞类型；//碰撞类型包括正⾯、追尾、侧⾯碰撞
Boolean 碰撞标志Flag；//预先碰撞标志
Boolean 碰撞标志；//碰撞标志
Float *P_坐标；//车辆的Cg协调
Float *顶点_坐标//两个矩形车辆碰撞盒⼦的顶点坐标。
Float 最⼩碰撞距离；//最⼩碰撞距离
Float 碰撞检测半径；//碰撞检测半径
碰撞检测（移动车辆*）；//每Δt时间碰撞检测函数
移动车辆
半导体模块{三位模型*模型；//指向⼀个三维模型类型，⽤来存储三维模型的信息Vector Pos；//车辆在实际场景中的坐标
Vector V;//车辆速度
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