TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 6, June 20 13, pp. 3115  ~ 312 2   e-ISSN: 2087 -278X           3115      Re cei v ed  Jan uary 18, 201 3 ;  Revi sed Ma rch 3 0 , 2013;  Acce pted April 16, 2013   Hybrid Collision Culling by Bounding Volumes  Manipulation in Massive Rigid Body Simulation      Norhaid a  Mo hd Suaib *1 , Abdullah Bade 2 , Dz ulkifli Mohamad 3   1,3 F a culty   of Co mputin g, Unive r siti T e knologi   Mala ysi a , 813 1 0  UT M Skudai, Johor, Mala ys i a 2 School of Scie nce & T e chnol og y, Univ ersiti  Ma la ysi a  Sab a h , Kota Kina bal u, Sabah, Ma la ysi a *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : haid a @utm. m y * , a bad e0 8 @ yah oo.com, dzulkifl i@utm. m y       A b st r a ct     Collis io n dete c tion is an i m p o rtant aspect i n  ma ny  real-ti m e si mulati on  envir on me nts.  Due to its  nature of high Com p utation i n volv ed,  collis i on  detection c an c ontribute t o  the bottleneck on t he syst em  involv in g l a rg nu mb er of  inter a cting  ob jects.   This p a p e r foc u ses  on fi nd ing  opti ons to  effic i ently c u l l  aw ay   obj ect pa irs th at are  not  like l y to col l i de  in  larg e- scal e  dy na mic r i gi d-b o d y si mu lati ons  invo lvi ng  n-b o dy   obj ects.  T he  ma in  id ea  is to  perfor m  ti me  cr itical c o mp utin co ncept by ma ni pul at io n of  pote n tial  b oun din g   volu me tech niq ues.  In or der t o  take a d va nta ge of a  fa st col lisio n test a nd  a more  accurat e  resu lt, a hybr i d   collis io n cull in g appr oac h ba sed on sp her e - or-Dops w a used.  Base d on in itial res u lt s, this approa ch   show s a potent ial a dapt ation t o  a massive ri g i d bo dy si mul a tion.      Ke y w ords : col lisio n cul lin g, collis io n detecti on, rigi d bo dy, bou ndi ng vo lu me, b oun dary r epres entati o n      Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  Colli sion det ection i s  usually an integral  p a rt to many real -time and in teractiv e   appli c ation s .  There are m any appli c ati ons th at re lie s on  colli sion  detectio n  su ch a s  in the f i eld   of virtual reali t y, computer  game s , anim a tion, training , enginee ring  and medi cal  simulatio n .  With   these va st areas of  collisi on dete c tion  appli c atio n s , it is unde rsta ndabl e that collision  dete c tion  research i s   still an  active  research area.   Despit e the advances in techno logy, coll ision  detection  still contri bute s  to the syste m  bottlene cks for mo re th an thirty years [1].  In many re al-time and i n te ractive  appli c ations colli si on dete c tion  is a p r e - requi site for  reali s tic  syste m  re sp on se.   A simpl e  ex ample i s  i n volving a  com p uter g ene rate d bou nci ng  b a ll.    Colli sion  bet wee n  the  bal l and  any  ob stacl e s ne ed  to be  d e tected so that  the  system  can   gene rate a p p rop r iate  re spon se li ke t he directio n  and mo me ntum after i m pact.   Coll ision   detection and collisi on resp onse usually are carried  out successively [2].  The m a in  purpose  of colli sion detection is  to ensure that ther will not be any two  obje c ts that o c cupy the  sa me space at t he same ti me .  This i s  eq ui valent to ho w obje c ts b eha ve   in the real  worl d–two o b ject s cann o t  fit into  the sam e  spa c e at exactly  the sa me t i me   Dep endin g  o n  the level   of accu ra cy  that is   need ed o n  the  a pplication, co llision  dete c tion  pro c e ss  can  either si mply flag interse c tion(s)  bet we en obje c ts, o r  it might produ ce detail ed  repo rt on the  event like time of conta c t, point of  contact and int e rpe netration  depth.  The firs type of detection ca n be  carri ed out in  a very sh ort  time but doe s not yield m u ch i n form ation   about the  coll ision.  Ap plication like co mputer  gam e s  that requi re s ap proxim ate but fa st coll ision   detectio n  u s u a lly ado pts t hese type s o f  colli sion  de tection  app ro ach e s.   On  the oth e r han d,   more computation n eeds t o  be  carried  out in  order t o  get  detailed co llisi on i n formation needed  for a mo re  seriou s a ppli c ation a s  in m edical sim u la tor.  The r efo r e there is  ge nerally trade -offs   betwe en sp e ed and a c cu racy in collisi on detectio n  At the same time, issue s  like real-ti m perfo rman ce,  efficiency an d robu stne ss need to be a d d re ssed [1].  Perha p s the  most ad apted  appro a ch in  tr ading  spe e d  and accu ra cy was introdu ced by  Hub bard a s   can  be  se en  in ma ny re search  pap ers co ncerni ng  colli sion  dete c tion.  It works  based on th e idea of time-critical com puting: co lli si on detectio n  and re sp on se for intera ctive   grap hics ap pl ication s  ca n be improve d  by usi ng a two-ph ase pro c ess:  broa d-ph ase a nd na rrow- pha se [3].  Collision  cullin g, which in e s sen c e deal s with quickly removin g  obj ect pairs that  are   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 6, June 20 13 :  3115 – 3 122   3116 less likely to collide i s  very much rel a ted to  the  broa d-pha se  level, as wi ll be discu ssed  thorou ghly in the next secti on.  Th is will  be the focu of this pape r.  The  re st of this p ape will  be o r g anize d a s  follows related work , partic u larly involving  boun ding  vol u me i n  b r oa d - pha se   collisi on  cullin will  be  discu s se d in S e ctio n I I  followe d by   th e   idea of hybri d  collisi on cul ling in Section III.   Experimental layout  will be outlined in Section IV.     Section V de als with the result an d discussion, while  Section VI co nclu de s this p aper.       2. Related Work  As mentio ne d in p r eviou s  sectio n, a   two-pha se  approa ch i s  usu a lly ad opted in   minimizi ng  collision  test s due to  the  nature of  collision  dete c tion that is  comp utationa ll intensive.   G enerally, the  broa d- pha se colli sion dete c tion  a c ts  m o re  li ke  a filter that id entifies  only pairs of  objects that  are m o re li kely to co llide.  This  step is responsi ble to cull  away  unrel ated  pai rs i n  the whole  collisi on  detection pr ocess, and  thus  synonymous with  the  t e rm   ‘colli sion  culli ng’.  These identified pai rs are t hen fe d to the narro w-p h a s e colli sion d e tectio n for   further collisi on te sts  (ple ase  refe r to   [4] for a n  el aborate di scussion  on  co llision  dete c tion  approa che s  a nd appli c atio ns).   Different approaches  can  be implem ent ed duri ng col lision culling  pr ocess  such as the  brute fo rce  (all-pai r te st),  swee p an prun (S aP)  and  hierarchi c al  ha sh tabl e [4].  Meth od  impleme n ted  in this  study i s  ba se d o n  b oundi ng  volu me techniq u e  whi c h i s  ve ry conventio n a with the first  approa ch.  Convention a l b oundi ng  volu mes that a r comm only used in the bro a d - phase level will be present ed next.    2.1. Conv entional Boundi ng Volumes  Boundin g  vol u me i s  o ne  of the mo st  comm only u s ed b r oa d-p h a s colli sion  d e tection  approa ch in   simulatio n s i n volving n-bo dy obje c ts .   Based  on it popul arity, we will n e xt ou tline   some of the p opula r  bou ndi ng volume s.  Boundin g  vol u me  algo rith ms  en comp a s ses techniq ues like b o u nding  sphe re , Axis- aligne d boun ding box (AA BB), oriented  boundin g  bo x (OBB) and  discrete o r ien t ation polytop es  ( k - D O P s)  (s ee  F i g u r e  1) O r ie n t ed -D ops  (o r- Do ps),  a co mbinatio n of OBB an d k-Do ps wa introdu ce d to overcome the  update cost  of k-Dop s  [5] (sh o wn as Fi gure 2 ) .           Figure 1. Con v entional Bou nding Volu me s       Figure 2. Orie nted-Dop s  o r  also  kno w n a s  or- Dop s      2.2. Boundin g  Volumes: Simplicit y   Versus  Accu r a c y   Based   on previous re se a r ch,  th ese  b oundi ng  volu mes had  it s own advanta ges and   disa dvantag e s .  In short,  a simple b o undin g  volu me req u ire s   less co mputa t ion in terms o f   con s tru c tion,  update s  an d tests.  Th erefo r e it  is  expecte d tha t  simulation s or appli c ati ons  utilizing  simpl e  bounding volumes  c an  give higher frame rates but  with the  cost of more fal s positive te st outcom e .  A false  po sitive colli si on  occu rre d when  col lision te st ba sed on  bou ndi ng   volume gives a positive result (c olli sion detected) but the actual  object di d not  collide.  This  is  due to la rg empty co rne r s cau s ed  by  simple  bou nd ing volume.   On the  other hand, a  mo re   accurate  bou nding  volume  re quires mo re  com putati on a n d  mo re  time, resulting in  le ss fra m e   rates.   Th e p r eviou s  b oun ding volu me s ca n be  r oug hly arrang ed  according  to  simpli city versu s   accuracy a s  in Figure 3.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Hybrid  Colli si on Culli ng by  Bounding Vol u m e s Manipulation... (Norhaida Mohd Suaib)  3117       Figure 3. Simplicity versu s   Accu ra cy       2.3. Time-Cri tical Collision Detection  The ide a  of  time-critical  collision  dete c ti on, as int r o duced by  Hu bbard [3], ha s be en  adapte d  by  many researche r s.   Altho ugh it i s   quit e  impo ssible   to incl ude  all  refe ren c e s  i n  this  category, some  of highly   relat ed work  will be  discussed here.   Most  of the approaches use  boun ding vol u me hie r arch y (BVH) in o ne way o r  an other.  One o f  them utilize d  the tree cal l ed  averag e-distri bution tree o r  ADB-tre e  [6] that  is a combinatio n o f  bounding v o lume hie r a r chy  (BVH) with  an estimated  probability of  colli sion  occurrence  to reduce co llisi o n tests.  S phere- tree  was used for time-cri tical  collisi o n detection  by  at least two resear chers;  sphere-tree  on  redu ce d mo d e l for d e form able o b je cts  [7] and  sph e r e-t r ee  with  close s t featu r e map s   (CF M s)  applie d to refinable  collisi o n respon se [8 , 9].   An AABB-tree with  re duced defo r m able mod e l was  also  used for self-colli sion cullin g [10].  An event-based  scheduli ng that adapt ively prioriti zi ng   colli sion te sts and p e rfo r m s  collisi on te sts at  differe nt time interv al wa s int r od uce d  by Com i ng  and Staa dt [ 11, 12],  whil e a BV wa s u s e d   with  certificates th at indi cate a b se nce  of se lf- colli sion [10].     2.4. Total Co st Be nchmar king  Total co st  be nchm arkin g   (Equation 1)  for colli sion  d e tection  that  wa s p r op ose d  by [13]   will be used as a basis:     T = Nu x  Cu  + Nv  x  Cv  + Np x  Cp + Co             (1)     Whe r e:   T: total c o s t  func tion for interferenc e  det ec tion,   Nv: numbe r o f  boundin g  volume pai r ove r lap test Cv: cost of testing a pai r of boundi ng vol u mes fo r overlap   Np: is the nu mber p r imitive pairs tested  for interferen ce,   Cp: co st of testing a pai r of primitives for interfere n ce,  Nu: numb e r o f  boundin g  volumes u pdate d Cu: co st of averag e bou ndi ng volume up date,  Co: indi cate s co st for one ti me pro c e s sin g , where ne cessary   Ho wever, not  all param ete r s mu st be i n volved;  they depen d on the problem  and the type  of  colli sion invol v ed.      3. H y brid Co llision Cullin g Method  The m a in  pu rpo s of colli sion  culling i s  to  red u ce  colli sion te st s by i dentifying a nd  cullin g away unne ce ssary  pairs.  The b a si c colli si o n  detectio n  pro c e ss  whi c h u s ually is  ca rri ed  out in  a t w o-pha se  pro c e s s (bro ad -ph a se  an d n a rrow-pha se ) i n spires a  two - pha se  colli si on  cullin g pro c e s s in ord e r to a c hieve a  simp le, fast and re liable collisio n detectio n The culling  p r ocess  will b e  ba sed  on t he bo undi n g   volume ap proach.  Since  there a r quite a num b e r of pop ular  boun ding vol u me, a que sti on will ne ed s to be add re ss is the type  o f   boun ding  volumes that i s   suitabl e for th at pu rpo s e.    If there  are  su itable  can d id ates, i s  the r e   any  way that perf o rmance of the  culling process can be i m proved?  There are two main issue s  that need to be co n s id e r ed in the qu estion ab ove.  On the   one h and, a  simple  and fa st colli sio n  te st is n eed ed  but on the  other h and, it a l so n eed s to  be   Si m p le r B V   M o re  ac c u ra t e   BV   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            TEL K 3118 relia b their  to le a into t fals   4. E x st ag e one  a the e a se t and  O orien and  e   4.1.  H Duo  C Micr o usin g 4.2.  E suit a b part  w 4.2.1 the  c use d   1346      T 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1     next  e differ obje c capt u         K OM NIKA    V b le .  T he c a n simpl e  repr e a d to false c o he possi bilit y d e t ec tion   x perimental  For th m e we are ta r a not her, like  mpty sp ace  Since m o t  of  simp le  e O BB) whic ted  D ops  ( O e ac h  ob je c t   w H ard w a r e U s A ll of the  C P U  E7 400  o soft Windo w g  the sa me h   E xperiment s There ar e b l e  boun din g w as  to expe r   . Part I  Four set s c ommonl y u s to bo un d 1 5 ver t ic es as   T able 1. List   List  of  1  [ h 2  [t o 3   4   5   6   7   8   9   [p e [upper [uppe [low e r R [low e r [le f [rig h [uppe r [upper R [low e r [low e r R [lef t [Rig h Average  e xperim ents ent velo city  c ts .  Figure  u ring th av e V ol. 11, No.  6 n didate s  f o s e se ntation  a n o lli sion de te c y  of manipul a La y out  m om ent we   a r getin g a  sui in a crowd e is  not too la r o vem ent of  V e xperim ent w ar e  most  c r- Dop s ). At  t w as  as sume d s ed   exp e rime nt s @2. 8 0G Hz   w s  XP P r of e ardware co n s   e  m a inly tw o g  volumes t h r iment on th e s  of  experim s e d  b oun din g 5  different  o b listed in T a b of 3D Obje c 3D O b jects  F iles   h ead.tri]   o rso.tri]   e lvis.tr i]   RightL eg.t ri]  rLeft Leg.tri]   R ightLeg.t ri]  r LeftLeg .tri]   f tFoot.tri]   h tFoot.t ri]  r LeftA rm.tri ]   R ightA rm.t ri]  r LeftArm. t ri]   R ightArm.t ri]  t Hand.tri]   h tHand.t ri]    b o u nding v o , all obje c ts  assi gne d  a s 4 sho w on e r a ge  co nstr u    6 , June 20 1 3 s imp l e a nd  f n d  t e st s.    H o c tion d ue to   a ting a m o r e a re ex perim e tabl e BV to  e d environ m e r ge ) but co ul d V E inh abitan t w here we t e c ommonly f o t his stage, a  d  to repres e n s  outli ned h e processo w e ssio nal S P 3 n figuration a s o  exp e rime n t h at could b e e  perfo rma n c ents were  i n g  volumes  b je ct s.   Obj e le 1.   c ts Us ed    Total Verte x   542  841  74  706  706  706  706  122  122  1346   1346   1138   1138   589  589  o lum e  const r are ra ndo ml s  in rigid b o d e of  the ex p u c t ion time, t 3  :  3115 – 3 1 f ast collisi o o wev e r, it i s   large empty  e  ac cu r a te  b o nting o n   diff e be u s ed  on   e nt. Theref o d  su ppo rt re a t s coul not  b e st four  diffe o und in the  singl e boun d n t an avata r . e re w e re  do n w ith 2 GB  R A 3 .  Different  s  will be expl t s involved:  e  used fo r t h c e of the p r o p n volved in t h  sph e r e ,   A A cts used  a r e Figur e r uc tion time s y trans form e d y motion, s o p erim ents c o here a r e th r e 1 22   t e st  a r sp h ty p i c a l  f o r  t h cor n e r s.   T h o undi ng vol u e rent BVs  to many avat a o re, a BV th a a l-time ap pli c b e anticipat e rent types o l iterature, pl d ing volume    n e on a CPU  A M onbo ard,  types of b o ained in the  the first  par t h e hybrid co l p osed hybri d h e firs t part.   A BB, OBB,  k e  based o n   p e  4. Sample  e s  for thes e o e d insid e  a v o  that there  w o nd uc te d  o n e e other  exp          e - h ere and   AA h e s e ‘ s impl e’ h e r efore, it i s u me so that i  be  us ed   o n   a rs and  prob a t fits  an av a c ation is ver y e d mo st of t h f BVs   (sphe us  a n o t he r   t wa s as sig n e ru nnin g  on  a and NVidia  o undin g  vol u nex t  sub- se c t  w a de sig n l li sion cullin g d  method.   All four ex p k -Do p s an o p o i nt-clo ud,  r   e xper iment  u sph e re s   bj ect s  wil l  b e olume (box)  w ill be collis n  bo undin g   s eri m ents th a - ISSN: 2087 A BB, mainly  d  b o undi ng v o s  d e sirable t o t coul d red u c the avatar.  A ab ly very cl o a tar (me anin y  much pref e h e time, we  d re,  AABB, k t ype of BV  e d  for each  o a n Intel®  C o Ge F o rc e 2 1 u mes were  t c ti o n .   n ed to ide n t i g and the s e p eri m ents in v o r- D o ps tha t r an ging fro m u s i ng  b o un d i e  logged.   F with differe n i o ns am ong  s pheres.   B e a t were c o nd u -278X   d ue  to   o lume  o  loo k   c e the   A t this   o se to   g that  e rred.  d esign   -Do p cal l ed  o bjec t,  o re™2   0 with   t e s ted  i fy the   e co nd  v o l ved  t  wer e    74  to    i ng  or the   n t with   th e s e   e sides  u ct e d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Hybrid  Colli si on Culli ng by  Bounding Vol u m e s Manipulation... (Norhaida Mohd Suaib)  3119 The first experiment was  conduc ted to test collisi o n time using different types of  boundi ng  volumes  whil e the se con d  experime n t wa s co ndu ct ed to test the  average  upd ate time.  Results  from the s experim ents  were fed i n to the To tal  Co st Ben c h m arking fu nction.  The l a st   experim ent was im pleme n ted to  roug hly sho w  th e ov erall  perfo rm ance ba se on fra m es-p e r - se con d  (FPS) count s.    4.2.2. Part  II  The second  part of this t e st deal with fu rthe r exp e rime nts on  the pro p o s ed  hybrid   colli sion  culli ng meth od.   As m ention ed e a rlie r, th e hybri d   colli sion  culling i s  a  two - ph a s e   colli sion culli ng  process d e sig ned  to achieve  a simp l e , fast and  re liable  collisi o n dete c tion.   The  scene involve s  a co mbinati on of ran dom ly moving  objects a nd som e  static obj ects insid e  a bo (se e  Fig u re  5 a  and  5b for  a sam p le of l oade d obje c t s ).  Simila r to  experim ents  in Part I, obje c ts  are  allo wed  to go throug h othe r obj e c ts  but w ill  simply ch ange  dire ction  on ce they  hit the   boun dary of t he box to e n s ure that n o   obje c t will  wa nder off the b ound arie s.   Once collisi o n is   detecte d, a chang e of col our will visua lly i ndicate collision b e tween two obj e c ts an d relat e d   information will be logged.   While  experi m ents in P a rt  I only involved rel a tively small number of  obje c ts, the p r opo se d met hod will b e  tested ag ain s t conve n tional  techni que s in  a massive ri gid   body simul a tion und erg o in g rigid - bo dy simulation.       Figure 5a. Sample Experim ent usin g 50  Obje ct s wit h o u t  B V     Figure 5b. Sample Experim ent usin g 50  Obje cts with  Boundin g  Sp here       5. Results a nd Analy s is  5.1. Part I  C o ns tr uc tio n  T i me . Con s truction  times  for ea ch  obj ects u s ed  (a s p r eviou s ly  listed in  Table 1 )  wa recorded a n d  repeate d  10 0 times. Average con s tru c tion time is sh own in Fig u re  6.        Figure 6. Effects of Sele cting Differe nt Switchi ng un de r Dynami c  Co ndition       Num ber of detected collisions .  Initially,  accumul a ted  numbe r of col lision s  dete c ted wa recorded for  100, 200, 30 0 ,  400 and 50 0  frames a s  in dicate d in Ta ble 2 and Fig u re 7.   0 1000 Sphere AABB O BB k Dops orDops Av e r a g e   c o ns truction   time Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            TEL K 3120 Ta Bou n g Volu Sp h AA O B k- D o or- D     mea s inclu d     sin c e the v a Whe r Re s u belo w             K OM NIKA    V ble 2. Nu m b n din g   mes    10 2 h ere  36 5 BB 15 2 B o ps  D op 82  71  59  9 8 Average   s ure for  per f d ed for i ndic a     Total Co s e  colli sio n   t e s a lues of  Np  a   T = Nu x    r T: total c o Nv: num b Cv :  cost   o Nu: num b Cu:  co st   o Co: indi c a   u lts from  ex p w .  Calculati o S A O k - o r V ol. 11, No.  6 ers of Colli si   2 0 Frame s   300  5 7 872  2 5 387  13 9 8 207  165  140    fram es pe s f or ma nc e ,  t h a tive purpos Figure  8 s t Be nchm a r s t s  cond uct e a nd  C p   we r e Cu  + Nv  x   C o s t  func tion  f b e r  o f  bound i o f testing a  p b er o f  bound o f averag b a t e s co st  f o p e r iment s f o o ns  for tot a c T a BV  Nv  phere  5239 5 A ABB 5239 5 O BB  5239 5 - Dops 5239 5 r -Do p s 5239 5    6 , June 20 1 3 ons Dete cte   400    50 0 109 144 1 497 625 308  230  202  395 316 267 s e c on d (FP S h e fps valu e s es.  Figu re  8 8 . Frames  p e r kin g .    A  mo d e d in  th ese   e e  not in clud e d C v +  C o   f or interfere n i ng  vo lu me   p p ai r of boun d ing volumes  b ou ndi ng vol u one ti me pr o o the firs t 5 c os t were b a a ble 3. Nu m b Cv  5  0.00024   5  0.00024   5  0.100106   5  0.000249   5  0.001567   0 100 10 0 3 0 fps Numb e A v 3  :  3115 – 3 1 0   F S ).    A lth ough s  for  differe n 8  illustrates t h   e r  second fo r d ified b ench m e xpe r iment d  and total c n ce det ectio n p ai r ove r lap  t d i ng vol u me s u pdate d u me up date, o cessing, in  t 00 frame s   a a sed on Eq.   2 b ers of Colli s Values  Nu  104790  0. 0 104790  0.0 104790  0.0 104790  0.0 104790  0.0 T otal   number   of   k Dops 0 0 0 500 e r   of   frames   t e v er ag e   F 1 22   igure 7. Nu m  fram es  per  n t types of  b h e fps value s r  the firs t  50 0 m a r ki ng fun c d o  not i n vo l os t func tion    n t est s   s  (ov e rl a p )   t his ca se ,  t h e a re summar i 2  mentioned  s i ons Dete ct e Cu C o 0 0012  135.0 49377  90.63 50053  367.6 00124  574.2 00784  369.4 0 2000 100 collisions N Numb e e sted F PS k A O          e -   m ber of collis second (FP S b oundi ng v o s   0  frames  c tion ba se o l ve primitive  only involve : e  const r u c ti o i zed in Tabl above.   e Total  Cost  o   783  160.212 781  5277.36 315  10857.7 866  600.328 002  533.635 100 200 300 400 500 N umber   of   fr a e r   of   co k Dops A ABB O BB - ISSN: 2087 i ons d e tecte S ) is not a d o lume s  us ed o n Eq. 1  wa s t e st s.    The r :     ( o n co st   e  3 and Fi g 500 a mes llisions Sp h AA OB k D -278X   efinite   wer e   s  us ed   r ef ore,  ( 2)  g ure 9   h ere BB B D ops Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   e-ISSN:  2087 -278X       Hybrid  Colli si on Culli ng by  Bounding Vol u m e s Manipulation... (Norhaida Mohd Suaib)  3121     Figure 9. Total co st based  on first 500 frames      The total  co st benchma r ki ng p r o c e ss  wa s al so  ca rried  out for  1 000 a nd 5 0 0 0  frame s   simulatio n s.   Experime n ts involving 10 00 fram es  g a ve unexp e ct ed result wh ere th e value  of  total cost for k-Dops  skyrock eted above OBB.  Based on the  first 500 fram es t e sted, AABB and  k-Dop s  gave  frame rat e way belo w  int e ra ctive fr am e rates  (~60 fps), an d this  might cont rib u te   to the lapse.  These two b oundi ng volu mes are excl uded in the 5 000 frame s  test.  Result s for  the final test (500 0 fram es) are  as exp e c ted; sp he re  gave the lowest co st, follo wed by o r -Do p (se e  Figu re 1 0 ).            Figure 10. To tal Cost ba se d on  Shortliste d BV and 5000 F r ame s   Figure 13. Fp s Perfo r man c es for  Differe nt BV Approa ch  for 500 O b jects (first 10 0 frames)    5.2. Part II  Hybrid  Colli si on Culli ng.   Re sults from the experim e n ts in  Part I show that com b ination  of sp here a n d  or-Dop s b oundi ng volu mes  offer th e pote n tial fo r an  optio n t o wa rd s a  bet ter  colli sion  culli ng process.  Hybrid  colli si on culli ng tha t  is a combi n ation of boun ding sphe re  and  Oriente d -Di s crete O r ientati on Polytope (Or-Dop s)   wa s imple m ente d  on m u ltiple  *.tri obje c ts a s   outlined in  previous  se ctio n.  Figure  11  sho w hybri d  colli sion  cul ling implem e n ted on a  pai r of  collidin g o b je ct – thi s  i s  d one to  pu rpo s ely hig h light  the con c ept.   It wa s the n  tested  agai n s conve n tional  boun ding vol u me app ro ach.          Figure 11. Hy brid Collisi on  cullin g–note t he  Pairs  with Sphere a nd o r -Dop     Figure 12. Hy brid Collisi on  Culling  on 350  Obje cts  0 20000 To t a l C o s t TotalCost 0 200000 S O or To t a l   Cos t   fo r   5000   Fr ames TotalCost 0 20 1 14 27 40 53 66 79 92 FPS Frame   number FPS   perf ormance No   BV Sphere Or Dops Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               e-ISSN: 2 087-278X   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 6, June 20 13 :  3115 – 3 122   3122 Initial result based o n  th e frame s  p e r se con d  (fp s ) of 50 0 obj ects  und erg o i ng rigi motion i s   sh o w as Fig u re   13.  Simul a tion  without  bo undin g  volum e  (th u s no  col lision  dete c tio n   employed) was  i m plem ent ed  as a c ont rol experiment.  If hybrid co llision culling  is employed  on   a particular o b ject of intere st (label ed as ‘1ObjHyb rid’ in the graph ),  the frame rates ca n rea c to  nearly the pe rforman c e of the co ntrol ex perim ent,  sim ilar to the perf o rma n ce of sphere bou ndi ng   volume.  Fps perform ance dropped if all objects  em ployed hybrid collision  cull ing, but it stil outperfo rm s t he h o mog e n eou s o r -Do p s  im pleme n tation.  An oth e app roa c h   wa s al so  tested   whe r e  a t w o-pass te st  wa s e m ploye d  (l abele d  a s  ‘S eq Sp -O rD’  i n  the  graph ).   Th e first te st to  identify pairs  that are li kely  to  collide  ba sed  on   bo un ding sp here  t e sts.   Th ese pairs are   sen t   to   the second pass  where  or-Dops te st will be conducted.  It  show s an improved perform a nce if  all obje c ts ne eds to empl o y  the hybrid collision  cullin g method.       6. Conclusio n   Re sults from  the experim e n ts  shows th at the hybrid  colli sion  culli ng metho d  shows the  potential of an option for a better colli sion culli ng t e ch niqu e for massive rigid  body simula tion  comp ared to   the ho mog e n eou s b oun din g  volum e s.    Ho wever a  d e tailed te st li ke th e total  cost  ben chma rkin g test need s to be don e to sy stem aticall y  evaluate this re sult.       Ackn o w l e dg ment   This  re sea r ch is supp ort ed by Unive r siti  Teknolo g i  Malaysia  (UTM) an d Min i stry of  High er E d u c ation (MO H E ) , in  colla bo ration  with  Re sea r ch  M ana gement Ce ntre (RMC),  UTM.  This pa pe r is finan cially sup porte d by Resear ch  University Grant (R UG ) Prog ram, Tier 2  ( r e s e a r c h  gr an t 0 5 J 21 ) .       Referen ces   [1]    Q Avril, V Gouranto n , B Arnal di. Fast Co llis i on C u ll in g i n  Lar ge-Sca l e  Environm ents  Using GPU   Mapp ing F u nction.  Euro gra phi cs Sympos iu on Para lle l Graphics a nd Vis u ali z a t i on.  2 012.   [2]    D Harmo n, D  Panozz o , O Sorkin e, D Z o ri n. Interference - a w are  ge ome t ric model in g.  ACM T r ans.   Graph.  201 1; 3 0 : 1-10.   [3]    PM Hub bar d. Col lisi on  Det e ction f o r Int e ractive Gra p h ics Ap plic atio ns.  IEEE Transactions on  Visua l i z a t i on a nd Co mputer  Graphics . 19 95 ; 1: 218-23 0.  [4]    NM Suaib, A Bade, D Moh a mad.  Co llis io n Detectio n: A Survey of  Techni ques a nd App licati o n .   Coll isio n Detec t ion for Rea l -T i m e Grap hics:  Series of T e ch niq ues.  Joh o r; UT M. 2009; 1: 1-18.   [5]    NM Suai b, A Bade, AM Z i n,  T M T  Sembok.  Oriented co n v ex poly h e d ra  for collis io n de tection i n  3 D   computer a n i m ati on.  Proce edi ngs of the 4th Internati o n a l Conf erenc e  on Computer  Graphics and   Interactive T e chni ques i n  Aus t ralasi a and S o utheast Asia K ual a Lump u r, Mala ysi a : ACM ,  2006.   [6]    J Klein, G Zachmann.  T i me-c ritical c o ll isio detectio n   usin g  an  aver ag e-c a se  appr oac h . Procee din g of the ACM s y mposi u m on Vi rtual rea lit y  s o ftw a r e a nd tech nol og y Osaka,  Japa n: ACM, 2003.   [7]    C Mendoz a, C O'Sullivan.  An Interruptib l e  Algorit hm fo r Collis ion D e tection b e tw een Defor m a b l e   Objects . Intern ation a l W o rksh op on V i rtual  Real it y   an d Ph ysic al Sim u lati on (VRIPHYS' 05). 200 5: 73- 80.   [8]    T Giang, C O'Sulliva n Cl osest Feature  Maps for Time- C ritica l Co llisi on H and lin g . International  W o rkshop o n  Virtual R eal it y   and Ph ys ical S i mulati on (VRI PHYS' 05). 200 5: 65-72.   [9]    T   Giang, C O ' Sulliva n . Virtu a l R eal it y  I n te racti on  an d P h y s ical  Simu la tion: Ap pro x im ate col lisi o n   respo n se usi n g  closest feature  maps.  Comput . Graph . 2006;  30: 423- 43 1.  [10]   J Barbic, DL Ja mes. Subspac e self-col lisi on  culli ng. ACM T r ans. Graph. 2 010; 29: 1- 9.  [11]   DS Comin g , OG Staadt. Stride sched uli ng fo r time-critical c o llis io n detecti on VRST : AC M. 2007.   [12]    DS Comi ng, OG Staadt.  Stride Sche du ling for  T i me-Critical C o ll isi on Detecti on.   T he F ourt h   Internatio na l S y mp osi u m o n  3D D a ta P r ocessi ng, Vis ualiz atio n an d   T r ansmissio n  (3DPVT ' 08).  Atlanta, Georg i a, 2008.   [13]   GVD Bergen.  Coll isio n Detec t i on in Interacti v e 3D Envir o n m ents.  Elsevier.  2004.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.