虚拟现实系统中虚拟生物建模技术的研究

摘要

近年来，虚拟现实技术是十分活跃的研究领域。虚拟生物是虚拟现实系统重要的不可缺少的组成部分，它具有交互性、智能性和沉浸感等重要特征，以一种全新的人机交互方式使人们可以直接进入计算机所创建的虚拟现实世界中，去控制事件的产生与发展。它给人们提供了一个多维信息空间，能给人们带来身临其境的感受。虚拟生物模型的成功建立无疑是实现虚拟现实系统的关键所在。在虚拟系统建立过程中虚拟生物模型是非常有必要的，虚拟生物将虚拟环境与生物智能技术相结合，给用户提供了一个真实的、生动的、可交互的三维空间。 本文针对目前虚拟生物模型中存在真实度不够，构造的模型特征不能满足自然的生物法则等问题，根据系统模型的复杂度、模型内的各要素之间存在着很强的交互性和协作性等特点，提出了一种基于模糊和证据理论的行为建模方法；此方法的具体过程是在研究FSM技术和证据理论原理的基础上，根据语义表示法规则和信任度结构建立模糊集，使用模糊化程序以及模糊D-S原子模拟规则反映输出空间的结果集，得到了系统期望的焦点元素的清晰值，此焦点元素即是我们所需要的生物的属性特征，从而提高了模型系统的沉浸感和精确性，随后通过具体实例证实了该方法的实用性和优越性。在此基础上，提出了基于模型检测和特征差异度评定的动态虚拟生物建模方法；这种方法根据时间序列的推动作用，使用模型控制机、多模型结构以及模型和真实物体之间的差异度的检测机制来控制模型的构建过程，然后通过分析所构建模型特征的结果数据，判断出模型和真实物体之间的特征差异度，缩小了所构建的模型和真实生物特征之间的差距，从而提高了用户在虚拟现实系统中的沉浸感；并通过实验证实了该构造模型机制的可行性和有效性。 最后，综合运用两种建模技术构建虚拟现实系统框架结构、开发引擎，充分展示此虚拟生物模型在实际工作中的可行性和应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究背景和意义

1.3国内外研究现状

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.4课题研究的主要内容

1.5论文的组织结构

第2章 虚拟现实建模技术

2.1引言

2.2建模的主要技术指标

2.3建模分类

2.3.1几何建模

2.3.2运动建模

2.3.3物理建模

2.3.4对象行为建模

2.3.5模型分割

2.4建模中常见的问题

2.4.1过分强调细节

2.4.2实体拼接组合的位置关系不正确

2.4.3存在兀余多边形

2.5本章小结

第3章 基于模糊与证据理论的行为建模

3.1引言

3.2模糊系统建模技术

3.3 Dempster-Shafer证据理论

3.3.1经典证据理论的定义

3.4模糊系统建模原理

3.4.1中心逆模糊值

3.4.2 Mamdani-Zadeh推理范式

3.5 D-S证据理论的不确定性

3.5.1测度函数

3.5.2 Dempster规则

3.5.3焦点元素的正常化

3.6 D-S在FSM技术中的应用

3.6.1焦点元素值的清晰化

3.6.2实验对比分析

3.7本章小结

第4章 虚拟生物建模

4.1引言

4.2虚拟生物建模

4.3虚拟生物建模的一种新机制

4.4建模关键技术研究

4.4.1运动控制

4.4.2虚拟生物感知

4.4.3虚拟生物认知

4.5建模方法和原理

4.6差异度评定

4.7实验结果分析

4.8本章小结

第5章 虚拟现实系统的构建

5.1引言

5.2虚拟环境的构建

5.2.1虚拟环境构建的方法

5.2.2虚拟环境的设计

5.3虚拟现实系统的引擎开发

5.3.1底层引擎设计

5.3.2高层引擎设计

5.3.3面向对象的图形渲染引擎

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢