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虚拟战场中路径规划及碰撞检测方法研究

作　者: 李腾
导　师: 熊邦书
学　校: 南昌航空大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: CGF A*算法航迹规划碰撞检测层次包围盒迭代算法
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

虚拟战场仿真是目前国内军事领域研究的重要技术之一，计算机生成兵力（Computer Generated Forces, CGF）航迹规划及碰撞检测是其核心内容，如何在虚拟战场环境中，自动、快速、准确地完成CGF实体的航迹规划和碰撞检测是虚拟战场仿真技术领域研究的重点和难点。本文对路径规划和碰撞检测算法进行了系统深入的研究，主要研究工作、成果和创新点如下：1)研究了CGF航迹规划算法。针对传统A*算法规划航迹时容易陷入搜索失败的假死状态及规划结果可飞性不好等问题，提出了一种基于航迹可飞性改善的A*算法。在算法中首先采用逆序A*算法，在避免搜索失败的同时获取代价最小的初始航迹，然后结合迭代算法，根据航迹特性对影响可飞性的航点进行一次或多次遍历校正，保证航迹的可飞性最优。通过多次试验证明算法能够有效避免搜索失败，并且可以在保证航迹代价最小的同时获得较好的可飞性，满足飞行器安全飞行条件。2)研究了CGF碰撞检测算法。针对传统碰撞检测算法的计算速率和碰撞精度无法满足CGF要求等问题，提出了一种基于CGF实体行为和层次包围盒的混合碰撞检测算法。首先将CGF碰撞过程分为近似碰撞检测阶段和精确碰撞检测阶段，然后对CGF构造层次包围盒，接着采用基于实体行为的碰撞检测算法，结合CGF包围球特性和运动轨迹预测碰撞时间，完成在近似阶段的碰撞检测，最后采用基于CGF层次包围盒的碰撞检测算法，结合AABB包围盒数学模型，计算CGF碰撞部位，完成在精确阶段的碰撞检测。通过模拟实验证明了算法能够提高碰撞检测速率和精度，能满足CGF碰撞要求。3)利用C++Builder编程语言实现了虚拟战场红蓝双方对抗演练的模拟仿真软件。软件使用本文路径规划和碰撞检测算法，实现了CGF动态生成兵力、动态和静态航迹规划、碰撞报警及损毁程度判定等功能。通过软件演示证明本文提出的算法是有效可行的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 路径规划技术  10-12
    1.2.2 碰撞检测技术  12-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
第2章路径规划及碰撞检测相关理论基础  15-24
  2.1 路径规划理论基础  15-16
    2.1.1 A*算法的基本原理  15
    2.1.2 A*算法实现的基本步骤  15-16
  2.2 碰撞检测理论基础  16-22
    2.2.1 碰撞检测的基本原理  16-17
    2.2.2 碰撞检测的关键技术  17-22
  2.3 迭代算法理论基础  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章基于航迹可飞性改善的 A*算法  24-42
  3.1 概述  24-25
  3.2 逆序 A*算法  25-27
    3.2.1 逆序搜索基本原理  25-26
    3.2.2 逆序 A*算法实现的基本步骤  26-27
  3.3 航迹的可飞性  27-28
    3.3.1 航迹可飞性的概念  27-28
    3.3.2 影响航迹可飞性的因素  28
  3.4 航点类型  28-29
  3.5 航迹可飞性改善  29-33
    3.5.1 初始航迹规划  29-30
    3.5.2 航点可飞性校正  30-32
    3.5.3 航迹可飞性检验  32-33
  3.6 动态航迹规划  33-36
    3.6.1 动态航迹规划的基本原理  33-35
    3.6.2 动态航迹规划算法优化  35-36
  3.7 实验与结果分析  36-41
  3.8 本章小结  41-42
第4章基于 CGF 实体行为和层次包围盒的混合碰撞检测算法  42-59
  4.1 概述  42-43
  4.2 虚拟战场碰撞环境分析  43-44
  4.3 基于 CGF 实体行为的碰撞检测算法  44-47
    4.3.1 CGF 实体行为建模  44
    4.3.2 启发式信息  44-45
    4.3.3 算法描述  45-46
    4.3.4 碰撞时间预测  46-47
  4.4 基于 CGF 层次包围盒的碰撞检测算法  47-51
    4.4.1 CGF 层次包围盒的构造  47-49
    4.4.2 CGF 层次包围盒的相交测试  49-51
  4.5 实验与结果分析  51-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章总结与展望  59-61
  5.1 研究工作总结  59-60
  5.2 今后研究工作展望  60-61
参考文献  61-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65-67

虚拟战场中路径规划及碰撞检测方法研究

内容摘要

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