[发明专利]一种基于数字家庭娱乐中三维模型的刚体模型建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字家庭技术领域，尤其涉及一种基于数字家庭娱乐中三维模型的刚体模型建立方法。

背景技术

随着数字电视市场竞争压力增大，各个数字电视机顶盒提供商都以能提供多元化的增值服务为竞争亮点，当下流行的3D游戏系统就是其中一例。然而机顶盒是基于嵌入式系统的构架而实现的，需要较高运行环境的3D游戏移植到硬件资源非常贫乏的机顶盒中，问题是显而易见的。机由于家庭的机顶盒通常配置较低，只拥有很低的运算速度和很小的内存。所以传统的PC三维游戏显然是无法简单的移植过来。几乎所有的模型和算法都需要做简化处理。怎么样才能使得简化处理后的模型和算法在大幅度简化了的同时又能依旧保持比较良好的效果是问题的关键。

数字电视由于采用了数字技术，在数字电视服务中能融入各类数据服务。借助于中间件应用平台，开发出多种互动应用，游戏就是其中的一种应用。

基于物理模型的游戏技术是八十年代后期发展起来的一种新的游戏设计技术。经过近几年的发展，它已在图形学中成为一种具有潜在优势的三维造型和运动模拟技术。尽管该技术比传统游戏技术的计算复杂度要高得多，但它能逼真地模拟各种自然物理现象，这是基于几何的传统游戏动画生成技术所无法比拟的。

传统游戏技术要求预先描述物体在某一时刻的瞬时几何位置、方向和形状，其运动往往通过参数关键帧技术来完成。因而，欲模拟一个逼真的自然运动需要游戏设计者细致、耐心的调整，要求游戏设计者依赖其对真实物理世界的直观感觉来设计物体在场景中的运动。但由于真实的物体运动往往非常复杂，采用传统的游戏设计技术一般来说难以生成令人满意的运动。

基于物理模型的游戏技术则考虑了物体在真实世界中的属性，如它具有质量、转动惯矩、弹性、摩擦力等，并采用动力学原理来自动生成物体的运动。当场景中的物体受到外力作用时，牛顿力学中的标准动力学方程可用来自动生成物体在各个时间点的位置、方向及其形状。此时，游戏设计者不必关心物体运动过程的细节，只需确定物体运动所需的一些物理属性及一些约束关系，如质量、外力等。

一般来说，游戏中的物理系统主要包括刚体，柔体，流体等物理模型。刚体模型是指不变形的物理模型，可以实现游戏中的物体碰撞效果，主要包含碰撞检测和碰撞响应的处理。可以处理诸如重力，摩擦力等。

物体运动的逼真性直接影响到三维游戏在视觉，听觉和触觉等各方面的逼真性。而刚体模型作为游戏物理系统方面的重要部分，是实现三维游戏逼真运动的必要途径，也是三维游戏引擎研究中的一个难点和重点。

机顶盒是基于嵌入式系统的构架而实现的，需要较高运行环境的3D游戏移植到硬件资源非常贫乏的机顶盒中，问题是显而易见的。机由于家庭的机顶盒通常配置较低，只拥有很低的运算速度和很小的内存。所以传统的PC三维游戏显然是无法简单的移植过来。几乎所有的模型和算法都需要做简化处理。怎么样才能使得简化处理后的模型和算法在大幅度简化了的同时又能依旧保持比较良好的效果是问题的关键。

发明内容

基于家庭的机顶盒通常配置较低，只拥有很低的运算速度和很小的内存，三维游戏引擎中刚体模型的设计要满足低计算量的要求，又要能逼真模拟刚体的一般运动。这里设计形状如一个胶囊的几何模型，称之为胶囊体。以胶囊体为三维游戏引擎中刚体的几何模型，该模型便于碰撞检测算法的实现，易于满足低计算量的要求。同时，本章根据需要选取适当的物理量来建立简化的物理模型。结合刚体的几何模型和物理模型，建立三维游戏引擎中的刚体模型。

基于上述问题，本发明实施例提供了一种基于数字家庭娱乐中三维模型的刚体模型建立方法，所述方法包括：

在三维笛卡尔坐标系中建立三维游戏引擎中的刚体模型；

基于质心坐标和质量值简化刚体模型；

基于刚体模型创造碰撞检测包围盒；

基于物理模拟系统对建立的刚体模型进行相交测试，判断图元间是否发生碰撞；

基于三维游戏系统进行刚体模型的碰撞检测；

基于三维游戏系统获得刚体模型碰撞响应结果。

这里对刚性物体建模，首先需要根据研究目的选择模拟仿真的刚性对象，然后才能根据刚性对象的外部特征建立符合其外形表面的计算机描述。在三维游戏引擎中，需要模拟仿真的对象有树木，人体，棍棒等。我们注意到，经简化后，这些对象可由圆柱体和球体组合而成。这里考虑使用如下的几何模型，一个圆柱体，圆柱体的上下表面均结合一个半球体。其形状如一个胶囊，可称之为胶囊体(Capsule)。这里的胶囊体是兼容球体的。