谈交互碰撞交互技术在电力仿真培训系统中运用

论文导读：撞检测算法.计算机工程，2012，38（6）：256?258.王晓荣.基于AABB包围盒的碰撞检测算法的研究.武汉：华中师范大学，2007.OracleCorp.Oracledatabaseonlinedocumentation10grelease

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摘 要： 针对传统电力仿真培训系统中角色与对象交互的实时性差及可操作性弱的问题，根据电力安全技能培训目标与操作人员实际的作业流程，采用碰撞检测和实时交互等虚拟现实技术，开发基于3D虚拟现实的电力安全技能仿真培训系统。该系统解决了角色与对象的3D实时交互问题。实验结果表明了系统的实时交互和可操作性能得到了显著提高。
关键词： 电力仿真培训系统； 虚拟现实； AABB包围盒； 胶囊体碰撞检测； 实时交互
1004?373X（2013）10?0156?03
传统电力仿真培训系统采用3D场景漫游和UI交互模式，解决了实际电力系统规模庞大、造价昂贵，及其运行的特殊性带来的电力培训困难。但是，由于UI交互模式本身的局限性，传统电力仿真系统无法满足电力系统的操作性和实时性的培训需求。针对上述问题，本文拟采用碰撞交互技术，结合现场作业人员的操作技能、安全意识方面的培训要求，开发一套能够模拟电力现场场景和作业流程、具有3D交互功能的仿真培训系统，使学员在这个虚拟环境中，生动、形象、直观地操作虚拟的设备及观察由操作产生的结果。
1 碰撞检测技术设计
3D系统中角色与对象交互的真实性，只有建立在碰撞检测基础上，才能达到拟真度与沉浸感的要求。物理模拟系统要求碰撞检测要有非摘自：毕业论文选题www.7ctime.com
常高的精确度，微小的扰动误差都会导致模拟结果与预想或现实相悖[3]。与物理模拟系统不同，虚拟仿真系统也要求碰撞检测具有较高的运算效率，但不要求结构十分精确，所以只要求碰撞检测算法快速判断物体是否发生碰撞[4]。从运算效率上考虑，对已分割好的场景空间先采用AABB包围盒检测技术[5?6]，然后应用本文提出的胶囊体碰撞检测技术进一步细化检测。

1.1 AABB包围盒检测技术

1.2 胶囊体碰撞检测技术

由于AABB紧密性差，进行碰撞检测会留下很大空隙，导致角色与对象的密切交互严重失真。为了提高仿真系统的拟真度，还须进一步进行胶囊体碰撞检测。
为了避免胶囊体与AABB包围盒判断重叠时发生重复计算，在检测碰撞胶囊体与AABB包围盒是否发生碰撞时，采用将整个胶囊体与AABB包围盒同时进行判断的方法。

1.

2.1 胶囊体区域的定义

2 3D交互设计 除了碰撞检测，角色与对象还要通过3D交互技术才能完成实时仿真交互。
3 碰撞交互仿真结果分析

3.2 仿真结果

从运行效率上比较，传统UI交互只需点击主菜单即弹出UI界面，无需进行任何判断；而碰撞交互却要经过碰撞检测才能实现实时交互，运行效率相对较低，具体如表1所示。但是，只要帧率[>30 f/s]，即不影响动画的流畅性和逼真性，帧率高对系统显卡处理能力的要求也高，若超过显卡处理能力，反而会降低画面的流畅性。
表1 三种交互方式效率比较
4 结 语
本文重点讨论了胶囊体碰撞检测技术及其在实时交互中的应用，仿真结果表明：采用本文提出的碰撞交互技术能提高系统的交互性和可操作性，使用户更能切身体会电力作业流程中的各个细节，有利于培训对象快速掌握现场操作等作业流程的要领，以及领悟误操作导致的严重后果；同时也为其他行业研发相关仿真系统提供参考。
参考文献
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