基于遗传算法的并行碰撞检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统及方法，该系统至少包括：问题模型建立模组，用于建立两个多面体的线性不等式组围成的凸空间，以将多面体模型相交问题转化为带约束条件的线性规划问题；以及并行碰撞检测模组，将进化过程划分到不同计算节点上，利用遗传算法分布式进行，在对约束条件处理后，通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，以求解多面体模型相交问题，实现碰撞检测，本发明专利技术不仅实现了提高碰撞检测速度，同时保证较高的精度的目的，而且适用于任意形状的多面体之间的实时动态碰撞检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种并行碰撞检测系统及方法，特别是涉及一种。
技术介绍
碰撞问题多年来一直受到较多的关注，碰撞检测方法在计算几何、计算机动画、CAD/CAM，仿真机器人和虚拟现实等领域中都有较好的应用前景。近些年来，国内外学者在碰撞检测领域中做出了相当多有意义的工作并提出了一些高效的检测方法。从空间域的角度，可以分为基于实体空间的碰撞检测方法和基于图像空间的碰撞检测方法。这两类算法的主要区别在于是利用物体三维几何特性进行求交计算还是利用物体二维投影的图象加上深度信息来进行相交分析。基于图象空间的碰撞检测算法能有效利用图形硬件的绘制加速功能来提高碰撞检测算法的效率。近几年随着图形硬件技术的飞速发展，图形加速卡在性能不断迅速提高的同时甚至出现了可编程的功能，使得基于图象空间的碰撞检测算法进入了一个新的发展阶段。对于基于实体空间的碰撞检测算法，研究人员把各种几何技术如层次表示法、几何推理、代数范式、空间划分、解析方法和最优化方法等应用到碰撞检测中，提出了许多优秀的算法。其中基于空间剖分类算法和基于掠扫和裁剪算法是较优秀的面向含有多个物体的复杂场景的初步检测算法，而基于特征类算法、基于单纯形类算法、基于层次包围体树类算法、基于距离场类算法、基于智能优化技术类算法都是基于离散碰撞检测技术的面向两个物体碰撞逐步求精的方法。然而，基于图像的碰撞检测算法也普遍存在以下三个缺陷(I)由于图像本身均是空间离散采样，其精度受图像分辨率的约束，从而影响碰撞检测算法的精度；(2)多数算法仍只能处理凸体之间的碰撞检测；(3)由于使用图形硬件辅助计算，基于图像的碰撞检测还需要考虑如何合理地平衡CPU和图形硬件的计算负荷。现有的基于实体空间的各类碰撞检测算法也存在一些问题如检测中刺穿现象和遗漏情况等。碰撞检测方法一般时间复杂度为0(n2)，不能满足实时性的要求，不利于碰撞检测快速实现。基于空间分割技术的几何分解方法，影响该方法效率的一个重要因素是分区的多少，而分区的数目又较难把握。八叉树和其它几何模型在解决碰撞检测的框架之间的几何干涉问题时，不会大幅度提高方法效率。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之主要目的在于提供一种，其通过将进化过程划分到不同计算节点上并行进行，并通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，实现了提高碰撞检测速度，同时保证较高的精度的目的，而且本专利技术适用于任意形状的多面体之间的实时动态碰撞检测。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，至少包括问题模型建立模组，用于建立两个多面体的线性不等式组围成的凸空间，以将多面体模型相交问题转化为带约束条件的线性规划问题；以及并行碰撞检测模组，将进化过程划分到不同计算节点上，利用遗传算法分布式进行，在对约束条件处理后，通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，以求解多面体模型相交问题，实现碰撞检测。进一步地，该问题模型建立模组在n维欧几里德空间中给定一组线性不等式组为 权利要求1.一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，至少包括 问题模型建立模组，用于建立两个多面体的线性不等式组围成的凸空间，以将多面体模型相交问题转化为带约束条件的线性规划问题；以及 并行碰撞检测模组，将进化过程划分到不同计算节点上，利用遗传算法分布式进行，在对约束条件处理后，通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，以求解多面体模型相交问题，实现碰撞检测。2.如权利要求1所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，其特征在于，该问题模型建立模组在η维欧几里德空间中给定一组线性不等式组为3.如权利要求2所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，其特征在于，该并行碰撞检测模组至少包括 初始化模组，用于初始化基本的种群及确定工作组中的结点数目； 适应度函数计算模组用于将适应度函数分发到工作组中的各从进程进行计算； 收集种群模组，利用主进程接收各从进程的进化结果； 遗传运算模组，利用遗传算法的三个基本算子对该收集种群模组的收集结果进行操作； 子代种群生成模组，根据经选择、交叉、变异操作后的种群，生成子代种群；以及 判断模组用于判断是否符合结束条件，若满足结束条件，则结束碰撞检测，否则进一步启动初始化模组重新确定工作组中的结点数目。4.如权利要求3所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，其特征在于，该适应度函数模型为 Fitness (i) = f (x) 其中，f(x)为两个多面体的线性不等式组围成的凸空间。5.如权利要求4所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，其特征在于该三个基本算子为选择、交叉及变异。6.如权利要求5所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统,其特征在于该选择操作选用轮盘赌选择法，该交叉算子采用单点交叉，基本变异算子采用对群体中的个体码串随机挑选一个或多个基因座并对该些基因座的基因值做变动。7.如权利要求6所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统,其特征在于该结束条件为生成的子代种群满足要求。8.一种基于遗传算法的并行碰撞检测方法，包括如下步骤 步骤一，建立两个多面体的线性不等式组围成的凸空间，以将多面体模型相交问题转化为带约束条件的线性规划问题；以及 步骤二，将进化过程划分到不同计算节点上，利用遗传算法分布式进行，在对约束条件处理后，通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，以求解多面体模型相交问题，实现碰撞检测。9.如权利要求8所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测方法，其特征在于，步骤二还包括如下步骤 步骤1.1，初始化基本的种群； 步骤I. 2，分配种群，将群体分为若干个子群体，每个子群体包含一些个体； 步骤I. 3，将适应度函数分发到工作组中的各从进程进行计算； 步骤I. 4，主进程收集各子进程的进化结果； 步骤I. 5，对收集的结果进行选择、交叉及变异操作； 步骤I. 6，生成子代种群；以及 步骤I. 7，判断是否满足结束条件，若满足结束条件，则终止碰撞检测，否则转至步骤I.2继续进行。10.如权利要求9所述的一种基于遗传算法的并行碰撞检测方法，其特征在于结束条件为生成的子代种群满足要求。全文摘要本专利技术公开了一种，该系统至少包括问题模型建立模组，用于建立两个多面体的线性不等式组围成的凸空间，以将多面体模型相交问题转化为带约束条件的线性规划问题；以及并行碰撞检测模组，将进化过程划分到不同计算节点上，利用遗传算法分布式进行，在对约束条件处理后，通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，以求解多面体模型相交问题，实现碰撞检测，本专利技术不仅实现了提高碰撞检测速度，同时保证较高的精度的目的，而且适用于任意形状的多面体之间的实时动态碰撞检测。文档编号G06N3/12GK102982375SQ20121046584公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日专利技术者熊玉梅, 宁建红, 闫俊英 申请人:上海电机学院本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于遗传算法的并行碰撞检测系统，至少包括：问题模型建立模组，用于建立两个多面体的线性不等式组围成的凸空间，以将多面体模型相交问题转化为带约束条件的线性规划问题；以及并行碰撞检测模组，将进化过程划分到不同计算节点上，利用遗传算法分布式进行，在对约束条件处理后，通过一定的种群间信息交换策略实现优良基因的交换，以求解多面体模型相交问题，实现碰撞检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊玉梅，宁建红，闫俊英，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：