基于多空间视角和相互感知的协同对象操作系统设计及实验研究

论文摘要

协同对象操作是协同虚拟环境研究中的一个重要问题，它是多个用户根据不同的控制自由度协同控制虚拟环境中同一个共享对象的一种交互行为。本文绪论介绍了协同虚拟环境的概念、技术要求和并发控制设计准则，并介绍了协同虚拟环境和计算机辅助协同计算的结合点。并在技术层面上讨论了使用Java3D进行场景建模、虚拟环境系统构建的优势和技术难点。本文还讨论了协同对象操作的特点和优势并讨论了如何进一步提升协同对象操作的效率问题。对协同对象操作的效率研究对于CVEs研究领域有借鉴意义，在现代工业领域中有着广泛的应用范围(军事训练、三维仿真、信息探测和数据挖掘等等)。我们引入了多空间视角和相互感知技术，综合这两类不同的技术讨论对协同对象操作的效率影响是本文的创新性所在。由于军事训练和三维仿真中坦克类似的物体的普遍性、代表性和易操作性，我们设计并实现了一个虚拟坦克协同操作系统。该系统的开发是本文的一个基础性工作，文中对系统的开发流程和具体设计进行了概述。我们根据绪论部分介绍的虚拟环境并发控制设计准则和空间感知，在该系统中设计了3种不同的视角操作模式(多用户不同的空间视角、多用户相同的空间视角和单用户操作)和3种不同级别的相互感知方式(视角共享、语言交流和无显式交流模式)，并研究了在不同任务下(以实验地形进行区分)对协同对象操作协作效率的影响。视角共享和语言交流相结合提升在CVEs相互感知也是本文的创新之处。我们在该协作系统的基础上组织并进行了一系列的协同实验，采集了需要的实验数据并进行分析，得出了实验结论。实验结论表明多空间视角方式和相互感知方式对协作效率的影响和具体协作任务紧密相关，在特定协作任务中，合理的多空间视角方式和相互感知方式设计可大大提高系统的协作效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 协同虚拟环境
• 1.1.1 CVEs的技术需求
• 1.1.2 CVEs并发控制设计准则
• 1.1.3 CVEs和 CSCW的结合
• 1.2 协同对象操作
• 1.2.1 协同对象操作
• 1.2.2 协同对象操作的优势
• 1.2.3 协同对象操作的特征
• 1.2.4 如何提升协同对象操作效率
• 1.3 研究现状
• 1.4 本文工作
• 1.5 论文组织
• 第2章 协同对象操作系统构建技术
• 2.1 协同对象操作系统设计
• 2.1.1 协同对象操作系统和空间感知技术的结合
• 2.1.2 CVEs设计准则对协同对象操作的影响
• 2.2 Java3D与协同对象操作系统
• 2.2.1 Java3D技术
• 2.2.2 Java3D场景图结构及基本框架
• 2.2.3 Java3D虚拟环境设计
• 2.2.4 Java3D虚拟环境设计技术难点
• 2.3 本章小结
• 第3章 虚拟坦克协同操作系统
• 3.1 虚拟坦克协同操作系统概述
• 3.2 虚拟坦克协同操作系统功能介绍
• 3.3 虚拟坦克协同操作系统开发流程
• 3.4 虚拟坦克协同操作系统具体设计
• 3.4.1 场景建模
• 3.4.2 消息通信
• 3.4.3 与虚拟场景交互
• 3.4.4 获取和更改用户化身的空间位置信息
• 3.4.5 多空间视角的实现
• 3.4.6 视角共享交流方式的实现
• 3.4.7 碰撞检测的实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 协同对象操作实验方案
• 4.1 协同对象操作任务
• 4.2 参与者
• 4.3 实验条件
• 4.4 测试数据
• 4.5 实验过程
• 4.6 实验结果预测
• 4.7 本章小结
• 第5章 实验结果
• 5.1 实验结果及分析
• 5.2 实验不足和改进
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文完成的主要研究工作和成果
• 6.1.1 研究工作
• 6.1.2 研究成果
• 6.2 进一步研究工作
• 6.2.1 CVEs未来发展方向
• 6.2.2 异构平台下协同对象控制的发展
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 致谢