Kuijper, ArjanRak, ArneRodriguez Chaves, Daniel MauricioDaniel MauricioRodriguez Chaves2025-07-282025-07-282025https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/490019This thesis presents a method for optimizing the collision detection pipeline of axisconstrained systems, where objects are described using STL file formats. The optimization is achieved through the implementation of Bounding Volume Hierarchies (BVHs) constructed using three types of bounding volumes: Axis-Aligned Bounding Boxes (AABBs), Oriented Bounding Boxes (OBBs), and Spheres. The goal is to significantly reduce the number of triangle-triangle intersection tests required during collision detection by using structure which simplify broader collision tests. The collision detection pipeline is divided into two phases: the broad phase, which is the primary focus of this work, and the fine phase, where intersection tests between individual triangles are performed. This thesis investigates the process of importing STL files, constructing BVHs with different bounding volume types, and integrating them into a structured pipeline. This works shows an update strategy for BVHs that leverages the known translational and rotational constraints of the system. Instead of rebuilding the BVHs from scratch for each frame, the proposed method updates the existing structures directly based on the axis-specific movements, resulting in a notable reduction in computational overhead. Experimental results show that AABBs have the shortest initialization times, followed by OBBs and then Spheres. However, in scenarios involving frequent rotations, OBBs outperform AABBs in overall runtime due to their ability to be updated without full reconstruction. In contrast, AABBs must be recalculated after every rotation, diminishing their runtime efficiency. In other test cases with limited rotation, AABBs demonstrated the best performance, with OBBs (using rotational updates) closely behind, and Spheres consistently being the least efficient.Diese Arbeit stellt eine Methode zur Optimierung der Kollisionserkennungspipeline von achsenbeschränkten Systemen vor, in denen Objekte mithilfe von stl-Dateiformaten beschrieben werden. Die Optimierung wird durch die Implementierung von Bounding Volume Hierarchies (BVHs) erreicht, die unter Verwendung von drei Arten von Begrenzungsvolumina konstruiert werden: Axis-Aligned Bounding Boxes (AABBs), Oriented Bounding Boxes (OBBs) und Spheres. Das Ziel besteht darin, die Anzahl der während der Kollisionserkennung erforderlichen Dreieck-Dreieck-Schnittpunkttests durch die Verwendung einer Struktur, die umfassendere Kollisionstests vereinfacht, erheblich zu reduzieren. Die Kollisionserkennungspipeline ist in zwei Phasen unterteilt: die Grobphase, die im Mittelpunkt dieser Arbeit steht, und die Feinphase, in der Kollisionstests zwischen einzelnen Dreiecken durchgeführt werden. Diese Arbeit untersucht den Prozess des Imports von STL-Dateien, der Konstruktion von BVHs mit verschiedenen Begrenzungsvolumentypen und deren Integration in eine strukturierte Pipeline. Diese Arbeit zeigt eine Aktualisierungsstrategie für BVHs, die die bekannten Translations und Rotationsbeschränkungen des Systems nutzt. Anstatt die BVHs für jedes Frame von Grund auf neu aufzubauen, aktualisiert die vorgeschlagene Methode die bestehenden Strukturen direkt auf der Grundlage der achsenspezifischen Bewegungen, was zu einer deutlichen Reduzierung des Rechenaufwands führt. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass AABBs die kürzesten Initialisierungszeiten haben, gefolgt von OBBs und dann Spheres. In Szenarien mit häufigen Rotationen übertreffen OBBs jedoch AABBs in der Gesamtlaufzeit, da sie ohne vollständige Neuerstellung aktualisiert werden können. Im Gegensatz dazu müssen AABBs nach jeder Rotation neu berechnet werden, was ihre Laufzeiteffizienz verringert. In anderen Testfällen mit begrenzter Rotation zeigten AABBs die beste Leistung, dicht gefolgt von OBBs (mit Rotationsaktualisierungen), während Spheres durchweg am wenigsten effizient waren.enBranche: Manufacturing and MobilityResearch Line: Computer graphics (CG)Research Line: Modeling (MOD)LTA: Monitoring and control of processes and systemsHierarchical bounding volumesCollision detectionEfficiencybachelor thesis