包圍盒是一種求解離散點集最優包圍空間的算法，基本思想是用體積稍大且特性簡單的幾何體（稱為包圍盒）來近似地代替複雜的幾何對象。
常見的包圍盒算法有AABB包圍盒、包圍球、方向包圍盒OBB以及固定方向凸包FDH。碰撞檢測問題在虛擬現實、計算機輔助設計與製造、遊戲及機器人等領域有著廣泛的套用，甚至成為關鍵技術。而包圍盒算法是進行碰撞干涉初步檢測的重要方法之一。
基本介紹
- 中文名：包圍盒
- 外文名：bounding box
- 分類：碰撞檢測/計算機圖形學/計算幾何
- 類型：求解離散點集最優包圍空間的算法
屬性,分類,優缺點,套用,
屬性
碰撞檢測技術中所用的包圍盒有兩個屬性：簡單性和緊密性。簡單性是指包圍盒間進行相交測試時需要的計算量，這不但要求幾何形狀簡單容易計算，而且要求相交測試算法簡單快速；緊密性要求包圍盒儘可能的貼近被包圍的對象，這一屬性直接關係到需要進行相交測試的包圍盒的數目，緊密性越好，參與相交測試的包圍盒數目就越少。
分類
最常見的包圍盒算法有AABB包圍盒（Axis-aligned bounding box），包圍球（Sphere）， 方向包圍盒OBB（Oriented bounding box）以及固定方向凸包FDH（Fixed directions hulls或k-DOP）。
AABB是套用最早的包圍盒。它被定義為包含該對象，且邊平行於坐標軸的最小六面體。故描述一個AABB，僅需六個標量。AABB構造比較簡單，存儲空間小，但緊密性差，尤其對不規則幾何形體，冗餘空間很大，當對象旋轉時，無法對其進行相應的旋轉。處理對象是剛性並且是凸的，不適合包含軟體變形的複雜的虛擬環境情況。
對象的包圍球被定義為包含該對象的最小的球體。確定包圍球，首先需分別計算組成對象的基本幾何元素集合中所有元素的頂點的x，y，z坐標的均值以確定包圍球的球心，再由球心與三個最大值坐標所確定的點間的距離確定半徑r。包圍球的碰撞檢測主要是比較兩球間半徑和與球心距離的大小。
OBB是較為常用的包圍盒類型。它是包含該對象且相對於坐標軸方向任意的最小的長方體。OBB最大特點是它的方向的任意性，這使得它可以根據被包圍對象的形狀特點儘可能緊密的包圍對象，但同時也使得它的相交測試變得複雜。OBB包圍盒比AABB包圍盒和包圍球更加緊密地逼近物體，能比較顯著地減少包圍體的個數，從而避免了大量包圍體之間的相交檢測。但OBB之間的相交檢測比AABB或包圍球體之間的相交檢測更費時。
FDH（k-DOP）是一種特殊的凸包，繼承了AABB簡單性的特點，但其要具備良好的空間緊密度，必須使用足夠多的固定方向。被定義為包含該對象且它的所有面的法向量都取自一個固定的方向(k個向量)集合的凸包。FDH比其他包圍體更緊密地包圍原物體，創建的層次樹也就有更少的節點，求交檢測時就會減少更多的冗餘計算，但相互間的求交運算較為複雜。
優缺點
AABB也是比較簡單的一類包圍盒。但對於沿斜對角方向放置的瘦長形對象，其緊密性較差。由於AABB相交測試的簡單性及較好的緊密性，因此得到了廣泛的套用，還可以用於軟體對象的碰撞檢測。
包圍球是比較簡單的包圍盒，而且當對象發生旋轉運動時，包圍球不需做任何更新，當幾何對象進行頻繁的旋轉運動時，使用包圍球可能會得到很好的結果；當對象變形時，需要重新計算其包圍球。但它的緊密性是比較差的，因此較少使用。
OBB的簡單性要比上面兩種包圍盒差，但它的緊密性是比較好的，可以大大減少參與相交測試的包圍盒的數目，因此總體性能要優於AABB和包圍球。當幾何對象發生旋轉運動後，只要對OBB進行同樣的旋轉即可。因此，對於剛體間的碰撞檢測，OBB不失為一種較好的選擇，但迄今為止，還沒有一種有效的方法能夠較好地解決對象變形後OBB樹的更新問題，而重新計算每個結點的OBB的代價又太大，所以OBB不適用於包含軟體對象的複雜環境中。
FDH相對於上面三種包圍盒其緊密性是最好的，同時其相交測試算法比OBB要簡單的多。可以用於軟體對象的碰撞檢測。
套用
在計算機圖形學與計算幾何領域，一組物體的包圍盒就是將物體組合完全包容起來的一個封閉空間。將複雜物體封裝在簡單的包圍盒中，用簡單的包圍盒形狀來近似代替複雜幾何體的形狀，就可以提高几何運算的效率。並且通常簡單的物體比較容易檢查相互之間的重疊。
