虚拟环境下虚拟人感智模型的研究

论文摘要

虚拟人(virtual human或computer synthesized characters)是人在计算机生成空间(虚拟环境)中的几何特性与行为特性的表示。虚拟人研究的最终目的是使虚拟人能够在任意需要它的虚拟场景中使用，以重构真实的世界。早在二十世纪七十年代，计算机图形学界的研究人员就开始了虚拟人相关的研究工作。虚拟人技术研究涉及到计算机图形学、运动学和动力学、多功能感知、人工智能和虚拟现实等多个学科，是一个交叉应用学科。早期的虚拟人研究集中在人体建模和底层动作控制技术。随着上述技术的日趋成熟，行为建模和情感建模成为目前的研究热点。其中，自主化的虚拟人(Autonomous Virtual Human)是动态虚拟环境的重要组成部分。本文在构建三维户外场景和虚拟人模型的基础上，建立了适用于虚拟环境的虚拟人感知模型。在实现上以虚拟人的视觉感知为主，设计了碰撞检测感知器和物体属性感知器并实现了相应的功能。使处于特定环境中的虚拟人具有相对自主的感知功能，从而达到了虚拟人智能化的要求。在研究的过程中，本文从感知行为的角度入手，对虚拟人在虚拟环境中的感知做了深入研究。分析了虚拟环境的特点、虚拟人的感知特性以及应具备的感知功能。由此作为根据，对虚拟场景中的物体进行了分类，初步给出了一个虚拟人的感知模型。本文从反应行为的角度对虚拟人在虚拟环境中的感知过程做出了描述；通过从环境中获取必要的环境信息，再经过处理分析的过程得到感知信息。该分析处理过程是感知模型设计的核心环节，采用区间数学与反应行为规则相结合的方法实现。最终得到的感知信息以反应动作的形式表现出来，体现了虚拟人的智能特性，为在虚拟环境中构造自治行为可信的虚拟人奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 智能化虚拟人的提出
• 1.1.2 研究的意义与目的
• 1.1.3 国内外研究现状
• 1.2 论文的工作与成果
• 1.3 论文的组织结构
• 1.4 本章小结
• 第二章 虚拟环境下感知技术综述
• 2.1 感知的概念
• 2.1.1 视觉感知
• 2.1.2 感知的必要性
• 2.2 经典感知模型的介绍
• 2.3 感知模型研究目前存在的问题
• 2.4 本章小结
• 第三章 智能化虚拟人的系统框架及组成
• 3.1 整体框架
• 3.2 系统中主要模块的功能分析
• 3.2.1 感知模块
• 3.2.2 行为模块
• 3.2.3 动作控制模块
• 3.3 虚拟环境的感知要求
• 3.3.1 虚拟环境的特点
• 3.3.2 虚拟人的感知功能
• 3.3.3 感知模型的需求
• 3.4 虚拟环境中的感知对象
• 3.4.1 完全静态物体
• 3.4.2 制约行为的静态物体
• 3.4.3 动态物体
• 3.5 本章小结
• 第四章 虚拟人的感知模型
• 4.1 感知模型的整体结构
• 4.2 场景信息的组成与使用
• 4.2.1 使用场景信息的原因
• 4.2.2 场景信息的组成
• 4.3 感知器的设计
• 4.3.1 碰撞检测感知器
• 4.3.2 物体属性感知器
• 4.4 本章小结
• 第五章 虚拟环境中智能化虚拟人感知的实现
• 5.1 基于Web的分布式虚拟环境设计
• 5.2 基于H-Anim的虚拟人造型设计及动作实现
• 5.2.1 虚拟人模型的设计
• 5.2.2 虚拟人的动作表示
• 5.3 虚拟人感知实现的整体考虑
• 5.4 感知功能的实验仿真及结果分析
• 5.4.1 对完全静态物体的感知
• 5.4.2 对制约虚拟人行为的静态物体的感知
• 5.4.3 对动态物体的感知
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要的研究内容
• 6.2 未来的工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢