多体接触判断的快速算法研究、编程及应用

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接触判断,也称为碰撞检测,是检测并判断两个或多个几何体是否会发生相互交叠穿插的数值计算方法,被广泛地应用于工业以及游戏娱乐等领域。然而作为使用极其频繁的数值计算方法,它更多地计算机图形学的研究人员所研究,然后应用到图形图像的领域,并没有很成熟地与能精确计算物体受碰撞之后效果的力学方法结合到一起。而在传统的商用力学软件中,碰撞分析往往需要预先定义接触体表面,这样在多个物体碰撞分析之中,用户往往只能定义所有表面为接触面,于是程序将花费巨额的计算成本来寻找要接触那一对物体与接触点。由此,本文研究编写了能够应用于多物体碰撞分析的碰撞检测程序,使得在有限元计算之前程序自主地找到碰撞点。本文了解了有限元方法所需要的输入信息,寻找了可利用于碰撞检测的数据信息并作为输入数据接口,然后分析了Ferview软件作为后处理显示平台所需要的数据结构,同时系统地研究了冯志强教授自主研发的有限元计算软件程序框架,找到了嵌入算法的类的建立方式,同时系统归纳的现有主流的接触判断算法,详细介绍了其中两种算法思路:划分空间思路与构建各类层次包围盒(球体、轴对齐包围盒)思路,并完成了基于这两套思路的算法的程序,介绍了程序开发思路与程序结构,分别详细介绍了涉及的两套算法思路,释义其中几段重点代码,通过几个算例展示了碰撞检测的效果以及碰撞检测程序与接触程序相结合的数值模拟结果,验证了其可用性,并对比了几种算法的时间复杂度与空间复杂度。最后,本文对所使用的算法的应用提出了展望,分别指出了它们的改进方向与可能的改进思路。
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