[發明專利]一種虛擬人環境感知的仿真方法及系統

有效

• 申請號: 201310214035.0
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103927778B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 徐守祥;楊欣斌;陳建剛;李永紅;黃國偉
• 申請（專利權）人: 深圳信息職業技術學院
• 主分類號: G06T13/40
• 分類號: G06T13/40
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及虛擬現實技術與數字化仿真領域，尤其涉及到一種虛擬人環境感知的仿真方法及系統。

背景技術

感知模型是智能虛擬人理解周圍環境、進行自主行為控制的基礎。人機工程學研究顯示，人類對外部世界的感知80%以上來自視覺，因此，虛擬視覺傳感器的實現是感知模型的基礎，目前，視覺感知模型可以分為四種方法：（1）完全模擬人類視覺的感知原理，基于圖像渲染的視覺感知模型。但是，由于圖像識別技術發展還不夠成熟，該方法在精度和速度上無法滿足實時感知的要求；（2）基于場景數據庫的視覺感知模型，將每個對象在世界模型中進行注冊，通過直接從世界模型中查詢，即可獲取其相關信息。該方法隨著場景范圍的擴大，數據的存儲量巨大、檢索的效率低下，實時性弱，也不符合生物特點；（3）幾何視覺模型改進了基于場景數據庫的感知模型，采用幾何算法設計多種信息過濾器，進而對取得的場景信息進行過濾，以實現對人類視覺局限性的模擬。該方法采用包圍盒代替物體進行幾何計算，在精度上比較低，不適合對室內搜尋的處理；（4）將上述基于圖像、數據庫和幾何計算的方式結合起來，產生的綜合視覺模型，根據需要在計算精度、效率和真實感之間進行權衡。但對于大范圍的戶內外混合場景的虛擬環境下，不論從數據量還是從運算量來講都面臨著很大的困難。

目前比較成熟的視覺感知模型都是基于完全已知環境，以視野范圍為基礎，直接進行運算的方式實現，需要對場景模型等信息的查詢、按照生物感知特性進行過濾、遮擋處理，并且，在距離運算時由于采用包圍盒方式通常其精確性不夠，并且隨著模型信息數據量的線性增加會導致運算量的級數級增加。要解決這些問題，在虛擬人感知的實現上，人們是以兩種思維方式進行技術實現，一種是以人的感知方式為基礎進行虛擬人的感知實現，另一種是以虛擬世界的上帝方式進行虛擬人感知的實現。圖像識別、幾何運算等屬于前者；而數據庫查詢方式屬于后者；綜合方式是兩者的結合。而這兩種思維方式是虛擬人設計中的兩個極端，一個是完全讓虛擬人模擬人的感知；另一個則是虛擬人本身完全不需要感知，它的行為要接受設計者的安排。

發明內容

本發明提供了一種虛擬人環境感知的仿真方法，旨在解決虛擬人在一個不完全可知的動態虛擬環境中如何主動感知追擊環境，確定追擊路徑的問題。

一種虛擬人環境感知的仿真方法，所述方法包括：

創建虛擬人和所述虛擬人追逐的目標，確定所述虛擬人的位置和速度；

建立筒視線；

根據所述虛擬人的速度向所述虛擬人追逐的目標周期性地發射所述筒視線，根據所述筒視線和所述虛擬人所在環境中的障礙物碰撞點的信息和預先設置的行動推理知識庫確定所述虛擬人的追逐動作；

執行所述虛擬人的追逐動作。

所述建立筒視線，包括：

以所述虛擬人的兩只眼睛的中間點為中心點建立與所述虛擬人的視線垂直的平面，以所述虛擬人的外形輪廓為邊緣，沿所述虛擬人的視線方向在所述虛擬人和所述虛擬人追逐的目標之間形成一個曲面柱體，所述平面為所述曲面柱體的底面，所述曲面柱體的柱面是所述虛擬人的筒視線，所述筒視線是由所述柱面上的多個視線所構成的視線束。

所述根據所述虛擬人的速度向所述虛擬人追逐的目標周期性地發射所述筒視線，包括：

根據所述虛擬人的速度和所述虛擬人所在環境中的障礙物，確定所述虛擬人向所述虛擬人所在環境發射筒視線的周期T；

其中，所述周期T是一個階梯函數，T與所述虛擬人的速度v成反比，與所述筒視線遇到的障礙物的距離r成正比，其中k₁、k₂是兩個常量參數。

所述根據所述筒視線和所述虛擬人所在環境中的障礙物碰撞點的信息和預先設置的行動推理知識庫確定所述虛擬人的追逐動作，包括：

根據所述筒視線和所述虛擬人所在環境中的障礙物碰撞點的信息獲取所述虛擬人的環境信息，并根據所述環境信息查詢所述行動推理知識庫，確定所述虛擬人的追逐動作。

所述執行所述虛擬人的追逐動作，包括：

當所述虛擬人所在環境中的障礙物是凸面不可進入障礙物時，則由勢函數得到一個躲避障礙物的力，在所述力的作用下所述虛擬人繞開所述障礙物繼續追逐所述虛擬人追逐的目標；

當所述虛擬人所在環境中的障礙物是凸面可進入障礙物時，則根據所述筒視線和所述虛擬人所在環境中的障礙物碰撞點的信息、所述虛擬人所在的位置和所述行動推理知識庫確定所述虛擬人追逐所述目標的行動，選擇所述凸面可進入障礙物的避障路徑、進入路徑和離開路徑，追逐所述目標。

一種虛擬人環境感知的仿真系統，所述系統包括：