[0009] 其中，第1步所述的虛擬物體模型i/STW是單個(gè)物體模型，也可W是多個(gè)物體模型 構(gòu)成的模型組合； 第1步所述由多個(gè)物體模型構(gòu)成的模型組合中，物體模型之間可W是平級(jí)關(guān)系也可W是具有層級(jí)連接的父子繼承關(guān)系； 第1步所述的虛擬物體模型i/STW由任意Ξ維模型格式加W表達(dá)，例如但不限于隱式 曲面、網(wǎng)格面、多邊形面片、Nurbs曲面、樣條區(qū)面、實(shí)體幾何體等； 第2步所述的連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換/?括針對(duì)模型鋪勺剛性變換，包括：平移、旋轉(zhuǎn)，W及針對(duì) 頂點(diǎn)坐標(biāo)信息巧日頂點(diǎn)構(gòu)成多邊形面片所需連接信息/施加的非剛性形變修改，例如但不 限于：縮放、彎曲、扭曲、擠壓、錯(cuò)切、頂點(diǎn)位移自由變換、蒙皮變換等； 第3步所述的對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換健E時(shí)間軸上進(jìn)行離散化采樣的過程，采樣方式不限于 等間隔均勻采樣，可W是變間隔的非均勻采樣，且采樣間隔和采樣精度可W任意設(shè)定； 第4步和第6步所述的虛擬物體模型膊E其自身所處的局部坐標(biāo)系空間A。。.,中轉(zhuǎn)換 成Ξ維體素模型的過程，采用并行計(jì)算進(jìn)行加速； 第7步所述的冊(cè)]刻的掃掠體Ξ維體素模型計(jì)算過程采用并行計(jì)算進(jìn)行加速； 第9步所述的表面體素提取和第10步表面Ξ維重建采用并行計(jì)算進(jìn)行加速，并且運(yùn)兩 步為可選性執(zhí)行步驟，而非必須執(zhí)行步驟。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果： 與傳統(tǒng)基于計(jì)算幾何的掃掠體計(jì)算方法相比，本發(fā)明提出的方法計(jì)算量小、復(fù)雜度低、 魯棒性強(qiáng)；與現(xiàn)有基于體素的掃掠體計(jì)算方法相比，本發(fā)明提出的方法不僅適用于旋轉(zhuǎn)、平 移的剛性運(yùn)動(dòng)，還適用于彎曲、縮放、擠壓W及自由表面任意非剛性變換的掃掠體計(jì)算。再 有，比目前所有掃掠體生成方法更加優(yōu)越的是，該方法能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算顯示出物體運(yùn)動(dòng)變換 過程中任意時(shí)刻的空間掃掠體，而不僅僅是最終時(shí)刻的一個(gè)靜態(tài)掃掠體。此外，本發(fā)明提出 的方法還采用了并行計(jì)算來加速多邊形體素化和體素操作運(yùn)算過程。本發(fā)明在生產(chǎn)制造、 虛擬現(xiàn)實(shí)、軍事仿真、人機(jī)工程等領(lǐng)域都有著重要的實(shí)用價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0011] 圖1為用于空間掃掠體計(jì)算的模型對(duì)象； 圖2為用于空間掃掠體計(jì)算的模型對(duì)象賦予一個(gè)時(shí)間長度為7的連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換巧 圖3為將時(shí)間長度為7的連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換匆史行離散化采樣； 圖4為將用于實(shí)施例空間掃掠體計(jì)算的模型進(jìn)行體素化； 圖5為將冊(cè)]刻采樣點(diǎn)的Ξ維體素模型與之前所有履Ij?-y時(shí)刻采樣點(diǎn)的Ξ維體素模 型的和W集合并運(yùn)算的方式進(jìn)行合并； 圖6為冊(cè)]刻采樣點(diǎn)計(jì)算得到空間掃掠體體素模型； 圖7為經(jīng)過時(shí)間長度為7的運(yùn)動(dòng)變換后得到的最終空間掃掠體體素模型； 圖8為一個(gè)機(jī)械臂空間掃掠體計(jì)算實(shí)例； 圖9為一個(gè)人體運(yùn)動(dòng)空間掃掠體計(jì)算實(shí)例。
[0012] 其中，101為原始球體模型，102為原始圓柱體模型，103為球體多邊形/頂點(diǎn)模型， 104為圓柱體多邊形/頂點(diǎn)模型，105為模型對(duì)象自身局部坐標(biāo)系；106為掃掠體空間世界 坐標(biāo)系；107為模型對(duì)象的體素模型；108為位置在U7;巧的一個(gè)非空體素；109為一個(gè) 空體素；110為采樣點(diǎn)冊(cè)]刻的多邊形/頂點(diǎn)模型；111為采樣點(diǎn)冊(cè)]刻的掃掠對(duì)象體素模 型；112為?-1時(shí)刻的空間掃掠體體素模型；113為冊(cè)]刻的空間掃掠體體素模型；114為最 終的空間掃掠體體素模型。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖提供的具體實(shí)施 例旨在作為本發(fā)明示例的描述，并不旨在表示可W構(gòu)建或使用本發(fā)明示例的唯一形式。應(yīng) 當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，闡述本發(fā)明示例的功能，W及用于 構(gòu)建和操作本發(fā)明示例的步驟的序列，并不用于限定本發(fā)明。然而，可W通過不同的示例來 實(shí)現(xiàn)相同或等效功能和序列。
[0014] 本發(fā)明提出的物體空間掃掠體快速計(jì)算方法，其特征在于該方法計(jì)算物體在Ξ維 空間中經(jīng)過運(yùn)動(dòng)變換所形成的掃掠體，或稱包絡(luò)體、包絡(luò)空間、掃掠空間、掃掠軌跡。該方法 核屯、思想是通過加速的多邊形面片體素化算法，將在Ξ維空間中運(yùn)動(dòng)變換的物體模型實(shí)時(shí) 地轉(zhuǎn)化為體素模型，再通過快速體素運(yùn)算算法將不同時(shí)刻的體素模型進(jìn)行合并，從而生成 每一時(shí)刻的空間掃掠體體素模型，并進(jìn)行實(shí)時(shí)Ξ維顯示。
[0015] 在具體實(shí)施例中，用于掃掠體計(jì)算的物體由一個(gè)球體101和一個(gè)圓柱體102組成， 如圖1所示。在其它實(shí)施例中，用于計(jì)算掃掠體的物體可W是任意復(fù)雜Ξ維物體。球體101 與圓柱體102之間具有層級(jí)連接的父子繼承關(guān)系，其中球體101為子物體，圓柱體102為球 體101的父物體。即是，除非預(yù)先設(shè)定好的只針對(duì)圓柱體102所進(jìn)行的排它性運(yùn)動(dòng)變換外， 其它對(duì)圓柱體102的運(yùn)動(dòng)變換會(huì)被向下傳遞給球體101。反之，對(duì)球體101的運(yùn)動(dòng)變換則不 會(huì)傳遞給圓柱體102。
[0016] 球體101和圓柱體102的虛擬物體模型可由任何Ξ維設(shè)計(jì)工具生成，且模型格式 是任何能夠表達(dá)出該物體幾何特征信息的格式，只要該模型格式能夠進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成多邊形 /頂點(diǎn)模型。典型的Ξ維模型格式包括但不局限于Ξ角形面片、四邊形面片、參數(shù)化曲面、實(shí) 體模型、隱式曲面等。
[0017] 球體101和圓柱體102的虛擬物體模型多邊形/頂點(diǎn)的表示形式103和104可W 通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和任何能夠進(jìn)行模型格式轉(zhuǎn)換的方法完成，只要生成的多邊形/頂點(diǎn) 模型能夠進(jìn)一步被轉(zhuǎn)換成體素模型。
[0018] 完成多邊形/頂點(diǎn)模型轉(zhuǎn)換后，球體103和圓柱體104的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息和頂點(diǎn)構(gòu) 成多邊形面片的連接信息分別存放在數(shù)組巧日數(shù)組/中。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，巧日/^1 如下形式存放數(shù)據(jù)： D=( d〇, d!，da d》d4, d面...，di,...，dn 1，dj P=( Po, Pi, P2, P.3, Ρφ Ps, ...，Pj,...，P曲1，pj 4為Ξ維空間中的一個(gè)Ξ維向量，0《i《n，n為頂點(diǎn)個(gè)數(shù)；A為用于指向數(shù)組/?中 某個(gè)元素的索引值。例如，當(dāng)A=i時(shí)，代表A指向的是4。數(shù)組P中的元素排列順序?qū)嶋H 上構(gòu)成了模型的多邊形表示。在一個(gè)實(shí)施例中，假設(shè)構(gòu)成多邊形均為Ξ角形，則數(shù)組/中從 第一個(gè)元素開始，每Ξ個(gè)連續(xù)的元素構(gòu)成一個(gè)Ξ角形，此時(shí)破Z為3的整數(shù)倍。
[0019] 數(shù)組。中存放的頂點(diǎn)坐標(biāo)信息值是定義為相對(duì)一個(gè)局部坐標(biāo)系105坐標(biāo)原點(diǎn)的位 移。局部坐標(biāo)系105采用笛卡爾坐標(biāo)系，由一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)和Ξ個(gè)正交的坐標(biāo)軸乂K冰） 成。局部坐標(biāo)系105可W直接從原始輸入模型中繼承過來，也可W在進(jìn)行多邊形面片和頂 點(diǎn)模型轉(zhuǎn)換的過程中重新設(shè)定。坐標(biāo)原點(diǎn)與=個(gè)正交的坐標(biāo)軸乂K分勻可W任意設(shè)置。
[0020] 為球體103和圓柱體104所在Ξ維空間y中賦予一個(gè)時(shí)間長度為7的連續(xù)運(yùn)動(dòng) 變換化Ξ維空間戶中的坐標(biāo)系被稱為世界坐標(biāo)系106,世界坐標(biāo)系106坐標(biāo)原點(diǎn)與Ξ個(gè) 正交坐標(biāo)軸GK燭使用者自行設(shè)定，如圖2所示。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換使％-個(gè)針對(duì)球體103和圓柱體104的平移和旋 轉(zhuǎn)的組合。在其它實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)變換包括但不局限于平移和旋轉(zhuǎn)，非剛性形變修改包括但 不局限于針對(duì)頂點(diǎn)坐標(biāo)信息巧日頂點(diǎn)構(gòu)成多邊形面片所需連接信息/施加的縮放、彎曲、扭 曲、擠壓、錯(cuò)切、頂點(diǎn)位移自由變換、蒙皮變換等。
[0022] 連續(xù)運(yùn)動(dòng)變換端]一般形式為：
其中，足％Ξ維正交旋轉(zhuǎn)矩 陣，勸立維平移向量，幼立維縮放向量，/?代表非剛性形變修改變換。
[0023] 定義必。為模型始圣變換矩陣嫂換而來，即：始y? E隨著對(duì)象 麟I動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡可W表示成隨時(shí)間變化的變換矩陣潛;在之間的每一時(shí)間 點(diǎn)，滬生一個(gè)新的位置、朝向、大小W及對(duì)模型頂點(diǎn)的變換。
[0024] 進(jìn)而，定義沿任意運(yùn)動(dòng)軌跡嫌]掃掠對(duì)象潑按形成的掃掠體為簡城摟I: