虚拟参战人员行为及路径规划软件的开发和研制

论文摘要

长期以来,单兵作战训练大多依赖复杂的实弹射击作为训练考核的主要手段。但是,这种方法费用昂贵、部队组织训练难度大、训练保障困难,很难在实战演习条件下改变状态,反复进行各种战场态势下的战术和决策研究。虚拟人是虚拟环境的重要组成部分,对于增强场景的真实感、沉浸感有非常重要的作用。本文提出了利用虚拟人代替实际参战人员进行训练的方法,并着重对虚拟参战人员涉及的实体建模、动作控制、行为规划以及路径规划等方面进行研究。并且综合以上各种技术最终实现了虚拟参战人员行为及路径规划软件的开发和研制,取得了一定的成果。同时,本文对单兵作战训练模拟系统、人体仿真软件DI-Guy、视景仿真软件Vega进行了介绍。提出了基于Vega和DI-Guy的适合于该系统的虚拟人运动控制的应用方法。并且从军事训练的角度阐述了如何实现虚拟人在场景中的漫游,以及如何进行训练动作规划,并给出了软件的整体程序框架。并在虚拟参战人员路径规则的方法做了详细的研究,分别阐述了一些常用的全局路径规划方法以及局部路径规划方法。基于Visual Prolog语言对模拟参战人员路径规划做了大量工作,通过编程实现了多种搜索方法。最后重点阐述了A算法在模拟参战人员路径规划上的应用。实际应用结果表明,能很好地满足虚拟环境真实感沉浸感的要求,虚拟人动作比较灵活、自然,大大增强了人机的交互性,基本可以满足单兵作战训练模拟系统的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 背景
• 1.2 项目实用价值
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 国内研究现状与发展趋势
• 1.3.2 国外研究发展情况
• 1.4 项目目标及论文内容
• 1.4.1 研究的基本方法
• 1.4.2 论文所要完成的主要工作
• 第二章 虚拟参战人员几何建模
• 2.1 单兵作战训练模拟系统简介
• 2.1.1 研发环境介绍
• 2.1.2 单兵作战训练模拟系统简介
• 2.2 虚拟人几何建模的基本理论
• 2.2.1 虚拟人建模的基本理论
• 2.2.2 OpenFlight 数据格式
• 2.2.3 层次结构视图（Hierarchy view）
• 2.2.4 Creator 建立虚拟人的方法
• 2.3 利用DI-Guy 建立虚拟参战人员实体模型.
• 2.4 对已有实体模型改造
• 2.4.1 虚拟实体的生成方法
• 2.4.2 转化好的模型改进
• 2.5 建模时的关键技术
• 2.5.1 LOD 技术
• 2.5.2 DOF 技术
• 2.5.3 纹理贴图技术
• 2.6 小结
• 第三章 虚拟参战人员运动控制及其行为规划
• 3.1 虚拟参战人员运动模型的建立
• 3.2 虚拟参战人员运动控制方法
• 3.2.1 使用导航器
• 3.2.2 直接调用BDI API
• 3.2.3 基于Vega 的视景系统的实现
• 3.3 碰撞检测原理及虚拟参战人员碰撞检测
• 3.3.1 碰撞检测原理
• 3.3.2 碰撞检测的具体实现
• 3.4 虚拟参战人员行为规划
• 3.4.1 行为规划基本理论
• 3.4.2 基于基本动作的虚拟人行为规划
• 3.4.3 虚拟参战人员动作数据库的建立
• 3.5 小结
• 第四章 虚拟参战人员路径规划
• 4.1 常用的全局路径规划方法（Global Path Planning）
• 4.1.1 自由空间法（Free Space Approach）
• 4.1.2 构型空间法（Framework Space Approach）
• 4.1.3 栅格法（Grids）
• 4.2 常用的局部路径规划方法（Local Path Planning）
• 4.2.1 人工势场法（Artificial Potential Field）
• 4.2.2 遗传算法（Genetic Alogorithms）
• 4.2.3 模糊逻辑法（Fuzzy Logic Alogorithms）
• 4.2.4 神经网络法（Artificial Neural Network）
• 4.3 基于Visual Prolog 语言的虚拟参战人员路径规划
• 4.3.1 无障碍物情况下由出发点到目的地的最佳路径搜索方法
• 4.3.2 由出发点回到出发点的最佳路径搜索方法
• 4.3.3 有障碍物环境下由出发点到目的点的最佳路径搜索方法
• 4.4 基于A 算法的虚拟参战人员路径规划算法
• 4.4.1 基于A 算法的路径规划
• 4.4.2 基于A*算法的路径规划
• 4.4.3 试验验证
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 5.1 取得的主要成果
• 5.2 本文的主要创新点
• 5.3 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献