碰撞是虚拟三维场景中的常见现象,准确而高效的碰撞响应可以有效提高虚拟场景的真实性。作为虚拟现实技术的重要组成部分,碰撞响应一直是一个研究热点,具有十分广泛的应用背景。针对大规模虚拟三维场景中刚体数目众多、尺寸差别大、外形不规则、运动状态不唯一等特性,本文利用分区并行计算以及基于约束的方法,设计并实现了一种动态刚体碰撞响应仿真方法。利用分割方法求取动态刚体的质量,并采用高斯通量定理计算动态刚体质心坐标,构建动态刚体固连坐标系;采用一种基于分割的方法计算动态刚体惯性张量,将动态刚体分割为四面体,利用数值流形积分方法计算每个四面体相对于动态刚体固连坐标系的转动惯量和惯性矩,累加求得整个动态刚体的惯性张量。利用对动态刚体分区,避免不同区域的动态刚体之间相互影响;通过分割静态刚体,剔除不参与计算的静态刚体三角形,完成虚拟三维场景构建。在动态碰撞响应仿真过程中,将多刚体碰撞和多点碰撞分割为两两碰撞,根据穿透深度和运动趋势将刚体分为不同的碰撞状态;利用基于约束的方法,结合恢复系数碰撞物理模型和库伦摩擦模型,计算碰撞后刚体的线速度和角速度;通过迭代减少计算误差,更新动态刚体的坐标和姿态,实现动态碰撞响应仿真,并采用任务并行方式加速计算。本文设计并实现了刚体碰撞响应仿真系统,主要包括虚拟三维场景构建、动态碰撞响应、仿真可视化等功能,结合GPU硬件加速可实现实时动态碰撞响应仿真。将该系统在矿井坍塌、山体碎石坠落场景中进行工程应用,验证本文方法的有效性。实验结果表明,本文方法碰撞响应仿真效果明显,真实性较好,满足实际应用需求。