基于协作的拟人Agent的虚拟救援培训系统

论文摘要

虚拟培训系统是指利用虚拟现实技术生成的一类适用于教育培训的虚拟环境。为了更逼真的模仿真实世界，提高培训效果，迫切需要在虚拟环境中加入有生命的对象（虚拟人）。由于Agent具有自主性，自治性和智能化等特性，采用Agent技术可以方便的构建出基于Agent的智能个体模型模拟人的行为，构建出高度逼真的虚拟培训环境。场景中有生命的对象（虚拟人）和用户替身都用智能Agent实现——拟人Agent。针对虚拟救援培训系统中可能存在多人之间合作，比如针对某项任务，单人由于能力的不足而无法完成任务，需要其他人支援配合；或能执行某任务，但其执行任务的某个行动依赖于其他人等，都需要将多Agent协同技术引入到虚拟培训系统中。在充分分析了关于智能Agent及多Agent在虚拟环境中的应用研究现状以及研究中存在的不足后，本文以虚拟人建模和虚拟环境中多拟人Agent之间的交互和协作技术为主要研究内容，对虚拟环境中虚拟人模型设计、基于虚拟环境的拟人Agent交互行为以及多拟人Agent联合作业进行了深入研究，提出了相应的模型。针对虚拟人的构建，本文首先讨论了虚拟人的结构，包括虚拟人的感知模块，思维模块，行为模块，这些模块集合成为一个整体。针对如何构建一个不仅具有逼真的人物外形，而且具有全面的能力（如感知，信念，规划，动作等）的虚拟人，提出了一个实现框架，分析动态环境下该虚拟人的规划和行为能力，将虚拟人的行为分解为原子行动，而原子动作由基于H-Anim标准的参数化动画实现。在多拟人Agent协作行为研究上，本文首先提出了虚拟环境中Agent交互操作的层次结构，基于框架设计了用户算法。本文还提出了Agent基于实例推理的冲突解决模型，运用最近相邻策略对实例进行匹配，解决了Agent之间的交互冲突，还研究了虚拟Agent群组模型，实现具有最近相似度的Agent群组。随后建立了Agent联合作业模型，利用基于着色petri网表示多Agent团队协作处理状态以解决多Agent环境中的并行和同步问题，利用前瞻性信息交流，动态角色选择等策略来提高系统的效率和灵活性。最后结合地震救援培训的具体要求，设计和实现了支持多用户同时培训的虚拟地震救援培训系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 虚拟培训的概念及特征
• 1.3 虚拟培训的研究现状
• 1.4 研究内容和意义
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 智能Agent及多Agent在虚拟环境中的应用
• 2.1 引言
• 2.2 AGENT技术
• 2.2.1 描述性定义
• 2.2.2 形式化定义
• 2.2.3 智能虚拟环境与Agent技术
• 2.3 会话AGENT
• 2.3.1 Agent面部表情和口形
• 2.3.2 手势
• 2.3.3 情感
• 2.3.4 小结
• 2.4 行为AGENT
• 2.4.1 C4
• 2.4.2 一种可视化的新方法
• 2.4.3 小结
• 2.5 多AGENT系统
• 2.5.1 虚拟人
• 2.5.2 虚拟人间的通信
• 2.5.3 小结
• 2.6 本章小结
• 第三章 虚拟救援培训环境中拟人Agent的建模
• 3.1 引言
• 3.2 拟人AGENT的结构模块
• 3.3 拟人AGENT的实现方法
• 3.3.1 拟人Agent模型的构造
• 3.3.2 拟人Agent动画
• 3.3.3 拟人Agent的思维构造
• 3.4 拟人AGENT行为模型
• 3.5 拟人AGENT对虚拟世界的表达
• 3.6 本章小结
• 第四章 地震培训环境中多Agent交互行为研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 相关工作
• 4.1.2 问题和解决方法
• 4.2 虚拟环境中多AGENT协同交互行为
• 4.2.1 Agent交互模型设计
• 4.2.2 基于实例推理的Agent冲突解决模型
• 4.3 虚拟环境中拟人AGENT群组模型
• 4.4 虚拟地震救援环境中多AGENT协作模型
• 4.4.1 多Agent合作求解的研究现状
• 4.4.2 基于协作Agent的联合作业
• 4.4.3 知识表示
• 4.4.4 动态角色选择
• 4.4.5 Agent间动态交互
• 4.5 本章小结
• 第五章 虚拟培训系统的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 虚拟地震救援培训的总体设计
• 5.3 虚拟培训系统开发工具的选择
• 5.3.1 VRML简介
• 5.3.2 VRML的对象化特征
• 5.3.3 VRML与JAVA编程
• 5.4 虚拟环境建模
• 5.4.1 三维场景的建立
• 5.5 虚拟人物造型及动作实现
• 5.5.1 虚拟人物造型
• 5.5.2 虚拟人整体框架
• 5.6 系统实现
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录