基于WebGL的三維虛擬博物館碰撞檢測(cè)

李赟　劉一松　陳繼明行

摘要摘要：三維虛擬博物館是通過計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中博物館的一個(gè)模擬，在各大主流瀏覽器上提供虛擬博物館漫游功能，讓廣大用戶不必親臨現(xiàn)場(chǎng)就可以在網(wǎng)上身臨其境地了解博物館藏品信息。在分析虛擬博物館實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上，針對(duì)虛擬場(chǎng)景中的碰撞檢測(cè)，提出了一種基于WebGL的適用于虛擬博物館的碰撞檢測(cè)算法。算法首先使用XML構(gòu)建虛擬場(chǎng)景，并通過樹的篩選方式對(duì)空間進(jìn)行篩選，然后使用優(yōu)化的AABB包圍盒進(jìn)行碰撞檢測(cè)，使用戶在使用第一人稱漫游博物館場(chǎng)景時(shí)，能與靜態(tài)物品產(chǎn)生真實(shí)的碰撞效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法的運(yùn)用可以實(shí)時(shí)反映連續(xù)碰撞效果。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：WebGL；虛擬博物館；碰撞檢測(cè)；AABB

DOIDOI：10.11907/rjdk.171092

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）05012405

0引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的成熟和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及使得3D虛擬博物館的實(shí)現(xiàn)成為可能。3D虛擬博物館依據(jù)現(xiàn)實(shí)中的博物館，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建一個(gè)虛擬的三維世界，通過網(wǎng)絡(luò)處理技術(shù)將現(xiàn)實(shí)博物館逼真地展現(xiàn)給用戶。3D虛擬博物館的實(shí)現(xiàn)不僅打破了傳統(tǒng)展館在時(shí)間和空間上的局限性，還為使用者提供了關(guān)于聽覺和視覺的模擬，讓用戶能自由地觀察三維空間中的展品，給用戶一種沉浸式的體驗(yàn)[1]。

對(duì)于虛擬博物館，人們關(guān)注的是其實(shí)時(shí)性和真實(shí)感，而其真實(shí)性和實(shí)時(shí)感主要體現(xiàn)于第一人稱視角在虛擬場(chǎng)景中的使用。要使用戶以第一人稱漫游場(chǎng)景時(shí)能如同在現(xiàn)實(shí)世界中瀏覽場(chǎng)景時(shí)一樣，碰撞檢測(cè)成為三維虛擬博物館系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的重要一環(huán)。

對(duì)于碰撞檢測(cè)的研究，至今為止已經(jīng)形成了一個(gè)相對(duì)完整的體系，網(wǎng)頁版虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)的“Flash3D”、“Java3D”、“Unity3D”等技術(shù)都有自身的一些碰撞檢測(cè)機(jī)制，然而這些技術(shù)在網(wǎng)頁端的實(shí)現(xiàn)都需要安裝一些特定的插件，因此存在很大的局限性。而場(chǎng)景模型的針對(duì)性、應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)性和場(chǎng)景要求的特殊性，對(duì)碰撞檢測(cè)的效果提出了不同要求：對(duì)于虛擬維修[2]，主要追求碰撞檢測(cè)效率，因而王崴等[3]采用動(dòng)態(tài)分裂平面法加速OBB包圍盒構(gòu)建的過程來進(jìn)行碰撞檢測(cè)；對(duì)于游戲場(chǎng)景，由于場(chǎng)景模型多且復(fù)雜，為了游戲場(chǎng)景的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性，劉翼等[3]提出了結(jié)合使用空間剖分法和層次包圍盒法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。WebGL[4]是2010年公開發(fā)布的Web端3D繪圖標(biāo)準(zhǔn)，它無需安裝插件且具有跨平臺(tái)性[56]，因此受到人們的關(guān)注，然而對(duì)WebGL碰撞檢測(cè)方面的研究并不是很多，因此亟需尋找一種方法對(duì)WebGL進(jìn)行碰撞檢測(cè)。本文提出了一種基于AABB包圍盒的碰撞檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)在WebGL環(huán)境下適用于虛擬現(xiàn)實(shí)博物館進(jìn)行的碰撞檢測(cè)。

1相關(guān)工作

Sang Z，Wang T Y，Zou X X[7]提出了一種適用于數(shù)控機(jī)床的在線碰撞檢測(cè)算法?；跀?shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，綜合分析了八叉樹算法和網(wǎng)格分割的碰撞檢測(cè)算法優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種長方體碰撞檢測(cè)結(jié)合分離軸碰撞檢測(cè)的算法來優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)床的碰撞檢測(cè)算法。該算法準(zhǔn)確性好且精度較高，但是效率較低。

Hung W H，Kang S C J[8]針對(duì)虛擬環(huán)境中的仿真施工現(xiàn)場(chǎng)，在2014年提出了一種快速的碰撞檢測(cè)算法，稱為傳播聚類方法。該方法采用K均值進(jìn)行聚類迭代，將對(duì)象分為多個(gè)組，定義一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行結(jié)果評(píng)估，符合質(zhì)量要求時(shí)，該組對(duì)象采用AABB包圍盒進(jìn)行替換，還建立了一個(gè)分散對(duì)象場(chǎng)景、一個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景、一個(gè)散亂的普通遺址場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試。該算法對(duì)虛擬建筑場(chǎng)景快速有效，但是碰撞檢測(cè)緊密型較差。

2015年，王磊[9]提出了一個(gè)基于混合型包圍盒的碰撞檢測(cè)方法，稱為HBBCD算法。算法首先將待檢測(cè)物體轉(zhuǎn)化成二叉樹，在根節(jié)點(diǎn)處構(gòu)建包圍球，上層結(jié)構(gòu)構(gòu)建AABB包圍盒，下層結(jié)構(gòu)構(gòu)建OBB包圍盒。然后在相交測(cè)試階段，使用隊(duì)列標(biāo)記已檢測(cè)的物體，優(yōu)先遍歷深層次節(jié)點(diǎn)。王磊[9]將該算法集成到Unity3D中完成了一個(gè)基于Web3D的武警總隊(duì)警史館系統(tǒng)，該算法很好地滿足了碰撞檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，但是復(fù)雜度高，計(jì)算比較麻煩。

2016年，鄭華和劉家[10]提出了基于WebGL的面向Web的建筑模型碰撞檢測(cè)算法，先對(duì)導(dǎo)入的模型進(jìn)行拆解，然后將拆解后的子模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)。該方法運(yùn)算簡單，但運(yùn)算步驟較多，對(duì)規(guī)則的類長方體模型有較好的碰撞檢測(cè)結(jié)果，但考慮的情況比較單一。

2碰撞檢測(cè)

碰撞檢測(cè)是為了提高虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感而提出的關(guān)鍵技術(shù)，其主要目的在于避免模型在運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)與其它模型發(fā)生交叉或者直接穿越的現(xiàn)象，避免用戶在使用虛擬場(chǎng)景時(shí)產(chǎn)生違和感[1112]。碰撞檢測(cè)主要分為3個(gè)階段：確認(rèn)碰撞模型階段、模型相交測(cè)試階段和碰撞響應(yīng)階段。確認(rèn)碰撞模型階段就是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體與靜態(tài)物體是否發(fā)生碰撞，如果發(fā)生碰撞則確定碰撞模型；模型相交測(cè)試即確定運(yùn)動(dòng)模型與靜止模型是否發(fā)生穿越或沖突；碰撞響應(yīng)階段即當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體與靜態(tài)物體發(fā)生碰撞時(shí)，運(yùn)動(dòng)物體作出相應(yīng)改變的過程。

2.1碰撞

碰撞[13]是指兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的模型接觸并改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)象。

從能量角度出發(fā)可將碰撞分為：理想彈性碰撞、非彈性碰撞、完全非彈性碰撞和超彈性碰撞。理想彈性碰撞是指在不考慮任何不同能量間的轉(zhuǎn)化或者能量損耗的前提下，動(dòng)能和動(dòng)能之間的改變；非彈性碰撞是指在部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成其它形式的能，物體發(fā)生一定的改變；完全非彈性碰撞是指物體在發(fā)生碰撞后動(dòng)能為零，完全不反彈；超彈性碰撞是指碰撞后的動(dòng)能超過碰撞前的動(dòng)能。

針對(duì)本文需要檢測(cè)的虛擬博物館系統(tǒng)，主要考慮的是動(dòng)態(tài)物體和絕對(duì)靜態(tài)物體之間的碰撞。由上述不同碰撞類型可知，當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體和靜態(tài)物體發(fā)生理性彈性碰撞時(shí)，靜態(tài)物體不發(fā)生任何改變，運(yùn)動(dòng)物體將做反方向的等動(dòng)能運(yùn)動(dòng)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體和靜態(tài)物體發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，運(yùn)動(dòng)物體或靜態(tài)物體發(fā)生形變或發(fā)熱，運(yùn)動(dòng)物體做削弱動(dòng)能的運(yùn)動(dòng)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體和靜態(tài)物體發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)，運(yùn)動(dòng)物體和靜態(tài)物體保持靜止；當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體和靜態(tài)物體發(fā)生超彈性碰撞時(shí)，運(yùn)動(dòng)物體做反方向更快速的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的物體就是第一人稱視角模型，絕對(duì)靜止的物體就是博物館場(chǎng)景模型。由此可知，場(chǎng)景模型中的模型屬性都是剛體，且動(dòng)能較小，因此需要考慮的是完全非彈性碰撞。

2.2相交

相交是指兩個(gè)物體相互交叉在一起。二維平面中，圖形與圖形之間擁有兩個(gè)及兩個(gè)以上交點(diǎn)，則兩個(gè)圖形相交（直線與直線相交只有一個(gè)交點(diǎn)）；三維平面中，當(dāng)一個(gè)三維模型的部分或全部存在于另一個(gè)三維模型的內(nèi)部（兩個(gè)模型的體積發(fā)生重疊）時(shí)這兩個(gè)三維模型相交。

本文討論的相交是指當(dāng)用戶使用第一人稱進(jìn)行漫游時(shí)，由于第一人稱視角模型和場(chǎng)館靜態(tài)模型的碰撞檢測(cè)不及時(shí)，或者包圍盒選擇不合適所引起的視角的穿透。發(fā)生相交時(shí)，用戶使用第一人稱視角可以看到模型內(nèi)部，使場(chǎng)景出現(xiàn)違和感。若沒有包圍盒或者碰撞檢測(cè)緩慢，則有可能發(fā)生穿越現(xiàn)象。用戶可以用平滑的速度穿過前面場(chǎng)景中的障礙物。

3基于包圍盒的碰撞檢測(cè)算法分析

3.1包圍球

包圍球算法[14]是將模型碰撞描述為一個(gè)能將該模型包圍住的最小球體。即確定球心和球半徑（每個(gè)坐標(biāo)軸投影絕對(duì)值最大的點(diǎn)間距離），就可以描述為一個(gè)包圍球。該方法構(gòu)造比較簡單，計(jì)算相對(duì)方便。

3.2AABB包圍盒

AABB包圍盒[15]是指軸向包圍盒，即將模型碰撞描述為將該模型包圍住的最小長方體，該長方體的長、寬、高分別平行于軸向上的X軸、Y軸和Z軸，確定模型每個(gè)軸向上投影的最大值和最小值即可構(gòu)造相應(yīng)的AABB包圍盒模型。該方法構(gòu)造簡單但緊密型差。

3.3OBB包圍盒

OBB包圍盒[16]即將模型碰撞描述為將碰撞模型包圍住的最小長方體，該長方體與軸向無關(guān)。該方法緊密性好，靈活但構(gòu)造復(fù)雜。

3.4Kdops包圍盒

Kdops包圍盒[17]將模型碰撞描述為能將模型圍住的最小凸多面體，該凸多面體所有面的法向量都來自于一個(gè)固定方向，有固定的軸集。該方法緊密性最佳，但是構(gòu)造麻煩。

4 基于WebGL的3D虛擬博物館碰撞檢測(cè)

3D虛擬博物館的碰撞檢測(cè)主要研究的是三維空間中運(yùn)動(dòng)物體（虛擬人物）與靜態(tài)物體（博物館場(chǎng)景）之間發(fā)生的碰撞檢測(cè)。

由于博物館的場(chǎng)景較大，且對(duì)用戶體驗(yàn)有一定的要求，因此，為了檢測(cè)出移動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)過程的沖突，需要找到一個(gè)高效的基于場(chǎng)景的連續(xù)沖突檢測(cè)算法。

4.1空間篩選

在構(gòu)建場(chǎng)景時(shí)，采用XML參數(shù)化語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[18]。考慮到整個(gè)系統(tǒng)渲染效率、碰撞檢測(cè)和后續(xù)場(chǎng)景交互的方便性，采用如圖1所示的樹狀結(jié)構(gòu)組織場(chǎng)景。

碰撞空間主要通過樹形結(jié)構(gòu)來確定，如果確定用戶停留在博物館外觀場(chǎng)景的虛擬空間時(shí)，只需要進(jìn)行博物館外觀場(chǎng)景中的碰撞檢測(cè)，若確定用戶進(jìn)入主題館（如青銅器館）場(chǎng)景中，則進(jìn)行與之相應(yīng)的主題館場(chǎng)景中的碰撞檢測(cè)。

主題館場(chǎng)景主要分為兩種模型，即展臺(tái)模型（博物館建造時(shí)已經(jīng)確立的固定不動(dòng)部分）和展品模型（可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況變更的可變動(dòng)部分），而展品模型一般都存放在對(duì)應(yīng)的展柜之中。因此，為了提高碰撞檢測(cè)的效率，可以直接進(jìn)行展柜模型的碰撞檢測(cè)。

4.2碰撞模型確認(rèn)

經(jīng)過上述的空間篩選后，可以初步確定模型碰撞的范圍。由于博物館建筑模型的特殊性，一般展廳的展柜多為規(guī)則長方體透明玻璃，而展品一般都放在展柜之中，當(dāng)使用第一人稱視角模擬用戶漫游場(chǎng)景時(shí)，只需要考慮外部展廳對(duì)于第一人稱視角的碰撞反應(yīng)，而無需考慮放置在內(nèi)部的展品對(duì)于第一人稱產(chǎn)生的碰撞。因此選用AABB碰撞檢測(cè)包圍盒作為基本的碰撞模型，然后對(duì)此模型作一定的改進(jìn)，最后利用改進(jìn)的碰撞模型完成對(duì)主題館內(nèi)的碰撞檢測(cè)。

針對(duì)WebGL的碰撞檢測(cè)，主要分為兩種情況：一種是由鍵盤控制第一人稱漫游引起的運(yùn)動(dòng)模型和靜態(tài)模型之間的碰撞；另一種是鼠標(biāo)控制的運(yùn)動(dòng)模型和靜態(tài)模型之間的碰撞。

對(duì)于場(chǎng)景中的靜態(tài)展柜模型需要先設(shè)置對(duì)應(yīng)的AABB包圍盒，分別記錄靜態(tài)模型包圍盒S（S是一個(gè)變量，是靜態(tài)模型名稱）在3個(gè)軸向上的投影點(diǎn)，X軸上投影的最小值和最大值分別記為：S-Xmin，S-Xmax；Y軸上投影的最小值和最大值分別記為：S-Ymin，S-Ymax；Z軸上投影的最小值和最大值分別記為：S-Zmin，S-Zmax。

4.2.1鍵盤控制的運(yùn)動(dòng)模型和靜態(tài)模型之間的碰撞檢測(cè)

對(duì)于運(yùn)動(dòng)模型M，計(jì)算運(yùn)動(dòng)后的包圍盒，并記錄3個(gè)軸向上的投影點(diǎn)，分別為：M-Xmin，M-Xmax，M-Ymin，M-Ymax，M-Zmin，M-Zmax。依次判斷3個(gè)軸向上的碰撞，以X軸為例，先判斷最小值，若M-Xmin≤S-Xmax，則將S和M碰撞檢測(cè)標(biāo)志置為True（S和M碰撞檢測(cè)標(biāo)志默認(rèn)為false），如果M-Xmin>S-Xmax，不作處理；再判斷最大值，如果M-Xmax≤S-Xmin，S和M碰撞檢測(cè)標(biāo)志置為False，如果M-Xmax>S-Xmin，不作處理。若處理完3個(gè)軸向上的碰撞，最終M碰撞檢測(cè)標(biāo)志為True，則存在碰撞，碰撞模型為S。

由于運(yùn)動(dòng)模型和靜態(tài)模型的碰撞對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高，因而需要將碰撞檢測(cè)的機(jī)制放置在渲染循環(huán)機(jī)制中。本文采用three.js來繪制虛擬場(chǎng)景，three.js是基于WebGL的3D圖形繪制庫，它主要由3部分組成：相機(jī)、場(chǎng)景和渲染器。

然后將碰撞檢測(cè)包圍盒算法添加到場(chǎng)景中，并給相機(jī)添加碰撞檢測(cè)盒，利用渲染循環(huán)機(jī)制不斷更新運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)后的位置和運(yùn)動(dòng)后包圍盒狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)控碰撞的發(fā)生并繪制更新的虛擬場(chǎng)景。循環(huán)方式如下代碼所示，animate函數(shù)是一個(gè)動(dòng)畫，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)不斷執(zhí)行，使render函數(shù)內(nèi)的場(chǎng)景和相機(jī)不斷更新，并渲染它們。

4.2.2鼠標(biāo)控制的運(yùn)動(dòng)模型和靜態(tài)模型之間的碰撞檢測(cè)

由于鼠標(biāo)控制運(yùn)動(dòng)模型的運(yùn)動(dòng)方式是直線運(yùn)動(dòng)，可以計(jì)算運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)中包圍盒在3個(gè)軸向上的投影。在直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，可以認(rèn)為在Z軸上投影坐標(biāo)保持不動(dòng)，因此只要考慮在Y軸和X軸存在的關(guān)系，運(yùn)動(dòng)前包圍盒X軸為：M-Xmin，M-Xmax，Y軸投影點(diǎn)為：M-Ymin，M-Ymax；運(yùn)動(dòng)后包圍盒X軸投影點(diǎn)為M-Xmin′，M-Xmax′，Y軸投影點(diǎn)為：M-Ymin′，M-Ymax′。根據(jù)線性方程y=ax+b可知：

然后將運(yùn)動(dòng)路線中可能存在的碰撞進(jìn)行檢測(cè)，判斷方式和鍵盤控制運(yùn)動(dòng)的碰撞判斷方式類似。

4.3模型相交測(cè)試

運(yùn)用分割軸算法進(jìn)行模型相交測(cè)試，若兩個(gè)模型不相交，則存在一個(gè)平面使得兩個(gè)模型分別位于平面的兩側(cè)。

運(yùn)動(dòng)模型M和靜止模型S，其中心連線在每個(gè)軸向上的投影長度為C=|（S-M）*Axis|（Axis指每個(gè)軸向），參考長度為T=L/2+[（S-Max）-（S-Min）/2]，其中L是運(yùn)動(dòng)包圍盒邊長。當(dāng)某個(gè)軸向上的C≥T時(shí)，模型不相交；如果各個(gè)軸向上中心連線投影長度C都小于它的參考長度T，則模型相交。

4.4動(dòng)作選擇

由于運(yùn)動(dòng)方式分為鍵盤控制的運(yùn)動(dòng)和鼠標(biāo)控制的運(yùn)動(dòng)，因而動(dòng)作選擇需要做一定的區(qū)分。

4.4.1鍵盤控制運(yùn)動(dòng)碰撞時(shí)的動(dòng)作選擇

未檢測(cè)到碰撞時(shí)，運(yùn)動(dòng)操作繼續(xù)，并作相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生碰撞時(shí)，首先確定發(fā)生碰撞的軸向，由于博物館場(chǎng)景模型為平地，檢測(cè)碰撞時(shí)只需要檢測(cè)4個(gè)軸向上的碰撞。將運(yùn)動(dòng)模型碰撞檢測(cè)盒朝著4個(gè)軸向：X軸正軸，X軸負(fù)軸，Y軸正軸和Y軸負(fù)軸分別收縮，然后進(jìn)行檢測(cè)，若在某一軸向收縮的情況下檢測(cè)到碰撞消除，則該軸向預(yù)判為碰撞軸向，運(yùn)動(dòng)模型在該軸向上的運(yùn)動(dòng)被鎖定，只允許其它軸向上的運(yùn)動(dòng)，碰撞模型檢測(cè)盒恢復(fù)；若未檢測(cè)到碰撞消除，則再次縮小各軸向的邊長，繼續(xù)檢測(cè)。

4.4.2鼠標(biāo)控制運(yùn)動(dòng)碰撞時(shí)的動(dòng)作選擇

未檢測(cè)到碰撞時(shí)，平移運(yùn)動(dòng)被執(zhí)行，模型平緩運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置。當(dāng)檢測(cè)到碰撞時(shí)，根據(jù)對(duì)碰撞反應(yīng)精度的要求，將模型的運(yùn)動(dòng)量減小1/r倍，并按上述碰撞檢測(cè)方法再次進(jìn)行檢測(cè)，即計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置為（M-Xmin′+M-Xmin）（r-1）/r，（M-Xmax′+M-Xmax）（r-1）/r，（M-Ymin′+M-Ymin）（r-1）/r，（M-Ymax′+M-Ymax）（r-1）/r的情況。若仍然存在碰撞檢測(cè)則繼續(xù)將運(yùn)動(dòng)量減小1/r倍并檢測(cè)，否則，按照減小的運(yùn)動(dòng)量運(yùn)動(dòng)。

由于虛擬博物館對(duì)碰撞反應(yīng)的速率要求相對(duì)較高，對(duì)精度要求相對(duì)較低，因而當(dāng)檢測(cè)到碰撞時(shí)，選擇將模型的運(yùn)動(dòng)量減半并按上述碰撞檢測(cè)方法再次進(jìn)行檢測(cè)，即計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置為（M-Xmin′+M-Xmin）/2，（M-Xmax′+M-Xmax）/2，（M-Ymin′+M-Ymin）/2，（M-Ymax′+M-Ymax）/2的情況。若仍然存在碰撞檢測(cè)則繼續(xù)將運(yùn)動(dòng)量減半并檢測(cè)，否則按照減半的運(yùn)動(dòng)量運(yùn)動(dòng)。

5檢測(cè)結(jié)果

本文基于WebGL對(duì)虛擬博物館中的碰撞檢測(cè)展開了研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了三維虛擬博物館系統(tǒng)，從而驗(yàn)證該碰撞檢測(cè)的可行性和碰撞檢測(cè)效果。

當(dāng)使用鍵盤進(jìn)行第一人稱漫游時(shí)，用戶通過鍵盤控制第一人稱的移動(dòng)，W向前、S向后、A向左、D向右。若不發(fā)生碰撞，則用戶做如圖2所示的流暢的勻速運(yùn)動(dòng)。

若發(fā)生碰撞，輸出對(duì)應(yīng)的提示信息，并給出碰撞軸，如圖3所示。判斷當(dāng)前狀態(tài)為hit給出碰撞軸為X正方向，此時(shí)用戶不能再向X正軸方向前進(jìn)，但用戶可以向Y軸正方向、Y軸負(fù)方向或X軸負(fù)方向前進(jìn)。

當(dāng)鼠標(biāo)控制第一人稱移動(dòng)時(shí)，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕來獲取運(yùn)動(dòng)模型的終點(diǎn)信息。若運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生碰撞，則第一人稱視角以直線勻速運(yùn)動(dòng)方式移動(dòng)到終點(diǎn)位置，如圖4所示。進(jìn)入場(chǎng)景默認(rèn)起始位置（0，0，0）點(diǎn)擊屏幕之后獲取終點(diǎn)位置（115.33，73.021，0），若該運(yùn)動(dòng)路徑上未發(fā)生碰撞，則移動(dòng)到（115.33，73.021，0）位置。

若發(fā)生碰撞時(shí)，第一人稱視角運(yùn)動(dòng)量減半，并重新檢測(cè)。

重新檢測(cè)時(shí)未發(fā)生碰撞，移動(dòng)到減半后的位置，如圖5所示。進(jìn)入場(chǎng)景默認(rèn)起始位置（0，0，0）點(diǎn)擊屏幕之后獲取終點(diǎn)位置（117.28，56.33，0），判斷該運(yùn)動(dòng)路徑上是否發(fā)生碰撞，給出提示信息hit，并更新起始位置（0，0，0）和終點(diǎn)位置（58.64，28.165，0），終點(diǎn)位置是之前的一半，再次判斷后未產(chǎn)生碰撞，則移動(dòng)到位置（58.64，28.165，0）。

若發(fā)生如6圖所示的連續(xù)碰撞，在起點(diǎn)位置（200，0，0）和終點(diǎn)位置（207.1，100.531，0）之間檢測(cè)到碰撞，輸出碰撞信息hit并將模型運(yùn)動(dòng)量減半，更新起點(diǎn)位置（200，0，0）和終點(diǎn)位置（203.55，50.2655，0）再次進(jìn)行判斷，仍然存在碰撞繼續(xù)輸出碰撞信息hit并減半運(yùn)動(dòng)量，起點(diǎn)為（200，0，0），終點(diǎn)為（201.775，25.1328，0），再次檢測(cè)未發(fā)生碰撞，物體移動(dòng)到位置（201.775，25.1328，0）。

6結(jié)語

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，WebGL憑借跨平臺(tái)性和可操作性的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了很好的展示，然而目前國內(nèi)對(duì)于WebGL和HTML5的探索和研究還不是很多。本文基于WebGL實(shí)現(xiàn)了虛擬博物館場(chǎng)館模型中的碰撞檢測(cè)，雖然不夠完美，緊密型存在差距，但方法是可行的，能快速檢測(cè)到場(chǎng)景中發(fā)生的連續(xù)碰撞和未發(fā)生失真的交互穿越現(xiàn)象。本文的碰撞檢測(cè)僅針對(duì)虛擬博物館的特性展開研究，相信隨著WebGL及3D引擎的不斷完善，瀏覽器端的3D仿真在教育、商業(yè)、生活等方面都會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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