【collisionMesh根据一组三维顶点创建碰撞几何体】处理杯子的表面数据并将其转换为碰撞网格

本文主要是介绍【collisionMesh根据一组三维顶点创建碰撞几何体】处理杯子的表面数据并将其转换为碰撞网格,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

第一段代码

从杯子的点云(即点的集合)创建一个碰撞网格几何体。下面是步骤和代码示例:

1. 从 X, Y, Z 坐标中提取杯子的顶点数据

2. 使用 collisionMesh 函数将顶点转换为碰撞网格

示例代码:

cupHeight = 0.2;
cupRadius = 0.05;
cupPosition = [-0.5, 0.5, cupHeight/2];% 创建用于视觉化杯子的点
[X,Y,Z] = cylinder(cupRadius*linspace(0,1,50).^0.125);
% 调整 Z 坐标的比例,使其符合杯子的高度
Z = cupHeight*Z - cupHeight/2;%杯子的中点被放置在Z=0的位置。这样,杯子在Z方向上的范围变成了从-0.1到0.1
% 将杯子的位置平移到指定位置
X = X + cupPosition(1);
Y = Y + cupPosition(2);
Z = Z + cupPosition(3);% 创建点的数组,用于碰撞网格
vertices = [X(:), Y(:), Z(:)];% 使用 collisionMesh 函数将点转换为碰撞网格
cupMesh = collisionMesh(vertices);% 可视化碰撞网格
show(cupMesh);
title('Cup Collision Mesh');

代码解释:

  1. 提取顶点数据:我们将 X, Y, Z 数据点展开为一个 N×3 的顶点数组 vertices,其中 N 是点的数量。

  2. 创建碰撞网格:使用 collisionMesh(vertices) 函数将这些顶点转换为凸网格碰撞几何体。

  3. 可视化:使用 show(cupMesh) 来显示生成的碰撞网格。

vertices = [X(:), Y(:), Z(:)];X, Y, Z 三个矩阵中的数据重新组织成一个表示三维空间中顶点(或点)坐标的数组(矩阵)。

1. 矩阵展平 (Flattening):
  • X(:), Y(:), Z(:) 通过 (:) 运算符将各自的矩阵展平成一个列向量。这意味着,矩阵中的所有元素会按照列优先顺序被排列成一列。
  • 如果 XYZ 的尺寸是 m x n,那么 X(:)Y(:)Z(:) 的尺寸将变成 mn x 1 的列向量。
2. 组合成顶点数组:
  • [X(:), Y(:), Z(:)] 将展平后的 XYZ 列向量按列拼接在一起,形成一个 mn x 3 的矩阵。
  • 这个矩阵中的每一行代表一个顶点的三维坐标 (x, y, z)。其中,第 i 行的元素分别是 X(i)Y(i)Z(i) 对应的坐标值。
3. 用途:
  • 这些顶点可以用于创建三维物体的网格结构,或者进行碰撞检测等计算。本例提供的代码中,vertices 就表示杯子表面的所有点的坐标,通过这些顶点可以构建杯子的三维形状。
代码示例:
clear; clc; close all;
% 假设 X, Y, Z 是 50 x 2 的矩阵,表示生成圆柱体表面的点
X = [0.1, 0.2; 0.3, 0.4];
Y = [0.5, 0.6; 0.7, 0.8];
Z = [0.9, 1.0; 1.1, 1.2];% 展平并组合成顶点坐标矩阵
vertices = [X(:), Y(:), Z(:)];
disp(vertices);
% 结果 vertices 将会是:
% vertices =
%    0.1    0.5    0.9
%    0.3    0.7    1.1
%    0.2    0.6    1.0
%    0.4    0.8    1.2

在这个例子中,每一行代表一个点的 (x, y, z) 坐标,这些点可以用于表示一个三维物体的几何形状,例如杯子的表面。

第二段代码

  1. 使用 surf2patch 函数将曲面数据转换为网格数据(顶点和面)。
  2. 使用 collisionMesh 函数创建碰撞网格。
  3. 可视化碰撞体以验证结果。

代码示例:

% 清除环境
clear; clc; close all;% 定义杯子的参数
cupHeight = 0.2;                 % 杯子高度
cupRadius = 0.05;                % 杯子半径
cupPosition = [-0.5, 0.5, cupHeight/2];  % 杯子的位置% 创建用于视觉化杯子的点
theta = linspace(0, 2*pi, 21);   % 角度分布
r = cupRadius * (linspace(0, 1, 50).^0.125);  % 半径分布,创造出杯子形状
[Theta, R] = meshgrid(theta, r);
X = R .* cos(Theta);
Y = R .* sin(Theta);
Z = linspace(-cupHeight/2, cupHeight/2, 50)';
Z = repmat(Z, 1, size(X,2));% 平移杯子到指定位置
X = X + cupPosition(1);
Y = Y + cupPosition(2);
Z = Z + cupPosition(3);% 将曲面数据转换为网格数据(顶点和面)
[F,V] = surf2patch(X,Y,Z,'triangles');% 创建碰撞网格
cupMesh = collisionMesh(V);% 可视化碰撞网格
figure;
show(cupMesh);
title('杯子碰撞体');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Z');
axis equal;
grid on;

代码解释:

  1. 定义杯子参数:

    • cupHeight:定义杯子的高度。
    • cupRadius:定义杯子的半径。
    • cupPosition:定义杯子在空间中的位置。
  2. 创建杯子的曲面数据:

    • 使用参数化的方法生成杯子的表面,其中半径随高度变化,可以通过调整指数(此处为 0.125)控制杯子的形状。
    • 使用 meshgrid 生成二维网格,然后计算对应的 X、Y、Z 坐标。
  3. 转换为网格数据:

    • 使用 surf2patch 函数将曲面数据转换为网格数据,得到顶点 (V) 和面 (F)。
    • 指定 'triangles' 参数以确保生成的面是三角形,这对于碰撞检测更稳定。
  4. 创建碰撞网格:

    • 使用 collisionMesh 函数并传入顶点数据 V,创建杯子的碰撞体。
    • 注意:collisionMesh 需要一个凸包,因此如果杯子的形状是非凸的,可能需要进一步处理。
  5. 可视化碰撞网格:

    • 使用 show 函数可视化创建的碰撞体,以验证结果是否符合预期。
    • 设置标题和坐标轴标签,并使用 axis equal 保持比例一致。
Z = repmat(Z, 1, size(X,2)); 通过复制和扩展矩阵 Z,使其与矩阵 X 在列数上匹配。
  1. repmat 函数:

    • repmat 是 MATLAB 中用于复制和重复数组的函数,其语法为 B = repmat(A, m, n),其中 A 是原始矩阵,mn 分别表示在行和列方向上复制的次数。repmat 返回一个新的矩阵 B,其大小为 [m*size(A,1), n*size(A,2)]
  2. 解释 Z = repmat(Z, 1, size(X,2));

  • Z 是一个列向量或矩阵,最初可能是一个 m x 1 的矩阵。
  • size(X,2) 返回矩阵 X 的列数。如果 X 是一个 m x n 的矩阵,那么 size(X,2) 就是 n
  • repmat(Z, 1, size(X,2)) 的作用是将 Z 沿列方向复制 n 次(即 size(X,2) 次),从而生成一个新的矩阵,该矩阵的大小为 m x n
  1. 示例:

假设 Z 是一个 50x1 的列向量,表示某些数据的高度值。X 是一个 50x21 的矩阵,表示某个曲面(例如圆柱体表面)的 X 坐标。

Z = linspace(-0.1, 0.1, 50)';  % Z 是一个 50x1 的列向量
X = rand(50, 21);  % X 是一个 50x21 的矩阵

执行 Z = repmat(Z, 1, size(X,2)); 后,Z 将变成一个 50x21 的矩阵,其中原来的 Z 列向量被重复复制了 21 次(size(X,2) 的值),使得 Z 的列数与 X 匹配。

  1. 为什么要这样做:

在许多情况下,为了在计算或绘图时对矩阵进行操作,需要两个矩阵的大小相匹配(即它们的行数和列数相同)。通过 repmatZ 的列数扩展到与 X 一致,可以在后续的操作中,将 Z 矩阵与 X 矩阵一起使用,比如在 surfmeshplot3 等函数中用于三维绘图。

注意事项:

  • 凸性要求: collisionMesh 函数要求输入的网格是凸的。如果杯子的形状存在凹陷,可能需要使用凸包算法(例如 convhull)处理顶点数据,确保生成的碰撞体是凸的。

    % 如果需要生成凸包
    K = convhull(V);
    cupMesh = collisionMesh(V(K,:));
    
  • 性能考虑: 如果顶点数量较多,可能会影响碰撞检测的性能。可以通过减少采样点或简化模型来提升性能。

  • 进一步应用: 创建的碰撞体可以用于机器人运动规划、物理仿真等领域,结合 MATLAB 的其他工具箱实现复杂的应用。

区别说明:

这两段代码的目的是生成一个杯子的三维模型并为其创建碰撞网格,不过它们在实现方式上有一些关键区别。

第一段代码的特点:

  1. 使用 cylinder 函数:

    • 第一段代码使用了 MATLAB 的 cylinder 函数来生成杯子的表面点。cylinder 函数生成了一个大小为 50x21 的矩阵,这对应于 50 个高度切片,每个切片上有 21 个点。这个方法相对简单,并且直接利用 MATLAB 的内置函数来生成圆柱体表面。
  2. vertices 的生成:

    • 通过 [X(:), Y(:), Z(:)] 生成 vertices,这将 XYZ 矩阵展平成列向量并组合成一个 1050x3 的矩阵,其中每一行是一个顶点的 (x, y, z) 坐标。这个 vertices 矩阵可以用于进一步的碰撞检测。
  3. 碰撞网格创建:

    • 使用 collisionMesh(vertices) 创建碰撞网格。vertices 是一个展平后的顶点矩阵。

第二段代码的特点:

  1. 手动创建圆柱体表面:

    • 第二段代码通过 linspacemeshgrid 手动生成了杯子的表面点。它通过参数化的角度 theta 和半径 r 来生成 XY 坐标,同时通过 linspace 生成 Z 坐标。
    • Z 坐标使用 repmat 扩展,使其与 XY 的列数匹配。结果是 XY 矩阵的大小为 50x21Z 也扩展为 50x21
  2. 使用 surf2patch 生成网格:

    • 该段代码使用 surf2patch 函数将生成的曲面数据 (X, Y, Z) 转换为面片 (F) 和顶点 (V) 数据。V 是一个 n x 3 的矩阵,其中 n 是所有顶点的数量。
  3. 碰撞网格创建:

    • 使用 collisionMesh(V) 来生成碰撞网格。这里的 V 是从 surf2patch 中得到的顶点数据,包含杯子表面的所有顶点。

关键区别:

  1. 生成表面点的方式:

    • 第一段代码使用 cylinder 生成圆柱体,这是一种更简单和直接的方式。
    • 第二段代码手动创建表面点,通过 meshgridlinspace 生成的表面点更加灵活,但代码相对复杂。
  2. 网格数据的生成:

    • 第一段代码没有明确生成面片数据,而是直接将展平后的顶点用于碰撞网格的创建。
    • 第二段代码生成了面片数据 (F) 和顶点数据 (V),提供了更细致的几何信息,适合更复杂的形状和处理。
  3. 结果差异:

    • 尽管两段代码的目标相同,生成的顶点数据 (verticesV) 可能会由于计算和生成方法的不同而略有差异。第二段代码通过手动控制生成的细节,可能会在浮点精度上略有不同。

顶点比较的意义:

比较 V1V2(以及 vertices)的目的是检查这两种生成方法是否在实际生成的几何形状上有差异。由于浮点数精度的原因,即使是理论上应该相等的点,在计算机中也可能会有细微的差异,这就是为什么需要使用容差进行比较的原因。

clear; clc; close all;cupHeight = 0.2;
cupRadius = 0.05;
cupPosition = [-0.5, 0.5, cupHeight/2];% 创建用于视觉化杯子的点
[X,Y,Z] = cylinder(cupRadius*linspace(0,1,50).^0.125);
% 调整 Z 坐标的比例,使其符合杯子的高度
Z = cupHeight*Z - cupHeight/2;%杯子的中点被放置在Z=0的位置。这样,杯子在Z方向上的范围变成了从-0.1到0.1
% 将杯子的位置平移到指定位置
X = X + cupPosition(1);
Y = Y + cupPosition(2);
Z = Z + cupPosition(3);% 创建点的数组,用于碰撞网格
vertices = [X(:), Y(:), Z(:)];%矩阵中的所有元素会按照列优先顺序被排列成一列
[~,V1] = surf2patch(X,Y,Z,'triangles');
% isEqual1 = (vertices == V1);
% if isEqual1
%         disp('V1 和 vertices 的点是相同的。');
% else
%         disp('V1 和 vertices 的点不同。');
% end
% 确认维度是否相同
if isequal(size(V1), size(vertices))% 逐元素比较,考虑浮点数误差tolerance = 1e-10;  % 设置容差值difference = abs(V1 - vertices);  % 计算差异isEqual1 = all(difference(:) < tolerance);  % 判断所有差异是否都在容差范围内if isEqual1disp('V1 和 vertices 的点是相同的。');elsedisp('V1 和 vertices 的点不同。');end
elsedisp('V1 和 vertices 的维度不同,因此它们不相同。');
end% 创建用于视觉化杯子的点
theta = linspace(0, 2*pi, 21);   % 角度分布
r = cupRadius * (linspace(0, 1, 50).^0.125);  % 半径分布,创造出杯子形状
[Theta, R] = meshgrid(theta, r);
X2 = R .* cos(Theta);
Y2 = R .* sin(Theta);
Z2 = linspace(-cupHeight/2, cupHeight/2, 50)';
Z2 = repmat(Z2, 1, size(X2,2));% 平移杯子到指定位置
X2 = X2 + cupPosition(1);
Y2 = Y2 + cupPosition(2);
Z2 = Z2 + cupPosition(3);% 将曲面数据转换为网格数据(顶点和面)
[F2,V2] = surf2patch(X2,Y2,Z2,'triangles');
% isEqual2 = (V2 == V1);% 在浮点数比较时使用容差范围,而不是直接比较两个数值是否完全相等
% if isEqual2
%         disp('V1 和 V2 的点是相同的。');
% else
%         disp('V1 和 V2 的点不同。');
% end% 确认维度是否相同
if isequal(size(V1), size(V2))% 逐元素比较,考虑浮点数误差tolerance = 1e-10;  % 设置容差值difference = abs(V1 - V2);  % 计算差异isEqual = all(difference(:) < tolerance);  % 判断所有差异是否都在容差范围内if isEqualdisp('V1 和 V2 的点是相同的。');elsedisp('V1 和 V2 的点不同。');end
elsedisp('V1 和 V2 的维度不同,因此它们不相同。');
endif isequal(size(V2), size(vertices))% 逐元素比较,考虑浮点数误差tolerance = 1e-10;  % 设置容差值difference = abs(V2 - vertices);  % 计算差异isEqual1 = all(difference(:) < tolerance);  % 判断所有差异是否都在容差范围内if isEqual1disp('V2 和 vertices 的点是相同的。');elsedisp('V2 和 vertices 的点不同。');end
elsedisp('V2 和 vertices 的维度不同,因此它们不相同。');
enda = 0.1 + 0.2;
b = 0.3;isEqual_test = (a == b)  % 直接比较,可能不准确
difference = abs(a - b) < 1e-10  % 使用容差比较

通过上述解释,可以理解这两段代码虽然在最终视觉效果上可能非常相似,但在实现细节和生成数据的精确度上存在不同。

collisionMesh 是 MATLAB 中用来创建凸网格碰撞几何体的工具。

它可以根据一组三维顶点创建碰撞几何体,这在机器人学、仿真以及碰撞检测等应用中非常有用。

创建方式

语法
MSH = collisionMesh(Vertices)
MSH = collisionMesh(___,Pose=pose)
描述
  1. MSH = collisionMesh(Vertices):从一组三维顶点列表 Vertices 创建一个凸网格碰撞几何体。顶点相对于指定的坐标系(通常是碰撞几何体的坐标系)给定。默认情况下,碰撞几何体的坐标系与世界坐标系重合。

  2. MSH = collisionMesh(___,Pose=pose):设置网格的姿态 Pose,相对于世界坐标系。Pose 属性可以在创建碰撞几何体时指定。

在 MATLAB 文档中,___ 是一个占位符,表示前面语法中的输入参数。也就是说,MSH = collisionMesh(___,Pose=pose) 这一语法中的 ___ 表示你可以在此处插入前面介绍过的必需参数或可选参数,然后再添加 Pose=pose 参数来设置网格的姿态。

具体来说,这里的 ___ 可以是你创建 collisionMesh 对象时所需的其他参数。例如,最基本的形式是:

MSH = collisionMesh(Vertices)

在这个基础上,如果你还想指定姿态 (Pose),就可以这样写:

MSH = collisionMesh(Vertices, Pose=pose)

在这个语法中:

  • Vertices 是你指定的顶点数据,用于定义网格的几何形状。
  • Pose=pose 用于设置网格在世界坐标系中的姿态。

所以,___ 代表的是前面提到的 Vertices 这个参数,表示你必须首先指定网格的顶点,然后才可以选择性地指定 Pose

属性

  • Vertices:网格的顶点,指定为一个 N×3 的数组,其中 N 是顶点的数量。每一行表示三维空间中的一个点的坐标。注意,有些点可能在构建的凸网格内部。

    数据类型:double

  • Pose:碰撞几何体相对于世界坐标系的姿态,指定为一个 4×4 的齐次矩阵或 se3 对象。可以在创建几何体之后更改姿态。

    数据类型:single | double

对象函数

  • show:显示碰撞几何体。
  • fitCollisionCapsule:在碰撞几何体周围拟合一个碰撞胶囊体。

示例

  1. 创建并可视化网格碰撞几何体

    • 创建一个包含十个随机选择的单位球面上点的数组。为了确保结果可重复,将随机种子设置为默认值。
    rng default
    n = 10;
    pts = zeros(n,3);
    for k = 1:nph = 2*pi*rand(1);th = pi*rand(1);pts(k,:) = [cos(th)*sin(ph) sin(th)*sin(ph) cos(ph)];
    end
    
    • 从数组创建凸网格碰撞几何体并可视化。
    m = collisionMesh(pts);
    show(m)
    
  2. 使用更多的点生成网格

    • 创建一个包含1000个随机选择的单位球面上点的数组,并可视化生成的网格碰撞几何体。
    n = 1000;
    pts2 = zeros(n,3);
    for k = 1:nph = 2*pi*rand(1);th = pi*rand(1);pts2(k,:) = [cos(th)*sin(ph) sin(th)*sin(ph) cos(ph)];
    end
    m2 = collisionMesh(pts2);
    show(m2)
    
  3. 创建包含立方体顶点的数组

    • 创建一个立方体的八个角点的数组,并将这些点添加到先前的点数组中。生成并可视化新的网格碰撞几何体。
    cubeCorners = [-2 -2 -2 ; -2 2 -2 ; 2 -2 -2 ; 2 2 -2 ;...-2 -2 2 ; -2 2 2 ; 2 -2 2 ; 2 2 2];
    pts3 = [pts2;cubeCorners];
    m3 = collisionMesh(pts3);
    show(m3)
    

这篇关于【collisionMesh根据一组三维顶点创建碰撞几何体】处理杯子的表面数据并将其转换为碰撞网格的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1095018

相关文章

大数据spark3.5安装部署之local模式详解

《大数据spark3.5安装部署之local模式详解》本文介绍了如何在本地模式下安装和配置Spark,并展示了如何使用SparkShell进行基本的数据处理操作,同时,还介绍了如何通过Spark-su... 目录下载上传解压配置jdk解压配置环境变量启动查看交互操作命令行提交应用spark,一个数据处理框架

通过ibd文件恢复MySql数据的操作方法

《通过ibd文件恢复MySql数据的操作方法》文章介绍通过.ibd文件恢复MySQL数据的过程,包括知道表结构和不知道表结构两种情况,对于知道表结构的情况,可以直接将.ibd文件复制到新的数据库目录并... 目录第一种情况:知道表结构第二种情况:不知道表结构总结今天干了一件大事,安装1Panel导致原来服务

Java实现将byte[]转换为File对象

《Java实现将byte[]转换为File对象》这篇文章将通过一个简单的例子为大家演示Java如何实现byte[]转换为File对象,并将其上传到外部服务器,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录前言1. 问题背景2. 环境准备3. 实现步骤3.1 从 URL 获取图片字节数据3.2 将字节数组

Jmeter如何向数据库批量插入数据

《Jmeter如何向数据库批量插入数据》:本文主要介绍Jmeter如何向数据库批量插入数据方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录Jmeter向数据库批量插入数据Jmeter向mysql数据库中插入数据的入门操作接下来做一下各个元件的配置总结Jmete

Java中数组转换为列表的两种实现方式(超简单)

《Java中数组转换为列表的两种实现方式(超简单)》本文介绍了在Java中将数组转换为列表的两种常见方法使用Arrays.asList和Java8的StreamAPI,Arrays.asList方法简... 目录1. 使用Java Collections框架(Arrays.asList)1.1 示例代码1.

Python使用PIL库将PNG图片转换为ICO图标的示例代码

《Python使用PIL库将PNG图片转换为ICO图标的示例代码》在软件开发和网站设计中,ICO图标是一种常用的图像格式,特别适用于应用程序图标、网页收藏夹图标等场景,本文将介绍如何使用Python的... 目录引言准备工作代码解析实践操作结果展示结语引言在软件开发和网站设计中,ICO图标是一种常用的图像

MySQL InnoDB引擎ibdata文件损坏/删除后使用frm和ibd文件恢复数据

《MySQLInnoDB引擎ibdata文件损坏/删除后使用frm和ibd文件恢复数据》mysql的ibdata文件被误删、被恶意修改,没有从库和备份数据的情况下的数据恢复,不能保证数据库所有表数据... 参考:mysql Innodb表空间卸载、迁移、装载的使用方法注意!此方法只适用于innodb_fi

Gin框架中的GET和POST表单处理的实现

《Gin框架中的GET和POST表单处理的实现》Gin框架提供了简单而强大的机制来处理GET和POST表单提交的数据,通过c.Query、c.PostForm、c.Bind和c.Request.For... 目录一、GET表单处理二、POST表单处理1. 使用c.PostForm获取表单字段:2. 绑定到结

mysql通过frm和ibd文件恢复表_mysql5.7根据.frm和.ibd文件恢复表结构和数据

《mysql通过frm和ibd文件恢复表_mysql5.7根据.frm和.ibd文件恢复表结构和数据》文章主要介绍了如何从.frm和.ibd文件恢复MySQLInnoDB表结构和数据,需要的朋友可以参... 目录一、恢复表结构二、恢复表数据补充方法一、恢复表结构(从 .frm 文件)方法 1:使用 mysq

mysql8.0无备份通过idb文件恢复数据的方法、idb文件修复和tablespace id不一致处理

《mysql8.0无备份通过idb文件恢复数据的方法、idb文件修复和tablespaceid不一致处理》文章描述了公司服务器断电后数据库故障的过程,作者通过查看错误日志、重新初始化数据目录、恢复备... 周末突然接到一位一年多没联系的妹妹打来电话,“刘哥,快来救救我”,我脑海瞬间冒出妙瓦底,电信火苲马扁.