虚拟场景中多角色交互行为建模

摘要

虚拟环境及对象的建模是虚拟现实研究的基本内容。实体对象不但具有几何形体，而且均有自己的行为方式，仅当这些实体对象都以令人信服的方式进行行为选择并展现出合理的行为运动时，虚拟世界的真实感才能真正得以体现。一方面，相比研究方法和进展较为成熟的几何建模和物理建模而言，对于个体和群体的行为建模方法研究较少，为了构造智能型对象和群体对象，如何将行为建模与人工智能相结合是有待于研究解决的问题。另一方面，虚拟现实系统在解决实际问题时，许多都会涉及人类自身的研究。因此，为了增强真实感和可信度，对虚拟人的智能行为建模，已经成为虚拟现实课题的重要研究发展方向之一。 本文基于虚拟体育馆交通引导的应用背景，对馆内虚拟观众和交通志愿者进行交互行为建模，使得场馆中的角色行为具有一定的自治性和智能度，提高了行为决策的真实感和可信度，从而为今后在体育馆合理部署交通工作人员、辅助训练交通协管员和志愿者的引导能力等实际应用方面奠定基础。 首先，针对体育馆内观众入场情景，基于带有消息传递功能的有限状态机(FSM)架构，建立角色的行动选择模型，使观众和交通志愿者不仅可以管理自己的行为状态，自然地依据规则转换行为，而且可以进行角色间的交互通信。 其次，在行动选择模型中，基于模糊逻辑和角色个性化因素建立增强角色决策真实感的机制。交通志愿者可以依据观众客观条件和座椅评估后的规则进行模糊逻辑的推理和判断，进而对观众进行引导；同时，观众可以根据来自交通志愿者的指挥、环境因素以及自身主观状态等多因素进行最终的座椅选择。 在此基础上，整合行动选择和决策机制，并结合环境、人群结构等多种因素，根据可能的应用需求建立融合FSM、模糊逻辑与个性化因素的多角色交互行为模型框架(MRBM)。 最后，本文设计并实现行为模型的控制演示系统，实现了多角色行动选择模型机制的动态演示和绘制。实验证明，环境信息的规则化和对象化使角色与环境的交互可信而灵活，MRBM中带有通信机制的FSM架构和模糊逻辑决策过程能够有效执行，角色的行动选择自然，决策真实。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2研究现状

1.2.1研究进展及成果

1.2.2比较及总结

1.3论文的研究目标和内容

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.4论文的组织安排

第2章虚拟角色智能行为建模理论和技术

2.1引言

2.2行人群体结构模型

2.2.1 ViCrowd层次化人群运动模型

2.2.2基于情势的可扩展人群

2.2.3自治行人模型

2.2.4高密度人群模型

2.3智能虚拟角色的交互行为建模

2.3.1智能虚拟角色的行为

2.3.2行动选择机制和方法概述

2.3.3基于对象的交互行为技术

2.4虚拟角色行为模型中的人工智能方法概述

2.4.1游戏人工智能

2.4.2有限状态机

2.4.3模糊逻辑

2.5本章小结

第3章具有一定智能度的交互行动选择

3.1引言

3.2多角色交互行为分析

3.2.1多种角色分类

3.2.2交互行为分析

3.3状态驱动行为机制

3.3.1观众的FSM设计

3.3.2交通志愿者的FSM设计

3.4事件驱动交互机制

3.5实验结果与分析

3.5.1观众和交通志愿者FSM机制实验

3.5.2观众和交通志愿者通信机制实验

3.6本章小结

第4章增强决策真实感的行动选择设计

4.1行为决策框架设计

4.1.1影响观众选座位的因素分析

4.1.2决策框架和流程图

4.2环境信息的规则化评估

4.3加入模糊逻辑的行为模型

4.3.1设计模糊语言变量

4.3.2为各座位区域的选择设计规则集

4.3.3模糊推理

4.4加入状态和偏好因素的行为模型

4.4.1内部属性对决策影响的设计

4.4.2观众决策的流程和算法

4.5实验结果与分析

4.5.1模糊逻辑推理实验

4.5.2状态和偏好实验

4.6本章小结

第5章多角色交互行为模型框架及实现

5.1基于多角色的交互行为框架

5.1.1交互行为模型

5.1.2人群结构和角色组织

5.2角色行为演示系统的设计和实现

5.2.1开发环境

5.2.2界面分区及功能介绍

5.2.3运行结果演示及分析

5.3本章小结

结 论

全文总结

下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致 谢