[發(fā)明專利]一種面向用戶規(guī)劃的虛擬人群仿真框架

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410249703.8
• 申請(qǐng)日: 2014-06-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104008562B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫立博;秦文虎;丁路
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T13/20
• 分類號(hào): G06T13/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 賈郡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，特別涉及一種虛擬人群仿真框架。

背景技術(shù)

隨著圖形硬件運(yùn)算速度的快速提高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷完善，人們不再滿足于僅僅模擬建筑、景觀等視景信息，為了提高場(chǎng)景的真實(shí)度，虛擬世界中必須加入對(duì)有生命對(duì)象，尤其是人類對(duì)象的模擬?；谶@種需求，虛擬人群仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。虛擬人群仿真技術(shù)能夠提供人群運(yùn)動(dòng)的輔助分析和演示工具，在安全科學(xué)、體育仿真、影視動(dòng)畫、軍事訓(xùn)練、古遺產(chǎn)重建等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，因而逐漸成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。

虛擬人群仿真研究涉及機(jī)器人學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、生物力學(xué)、人體解剖學(xué)、人類行為學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)、人工智能等諸多學(xué)科。眾多研究學(xué)者基于上述各學(xué)科的技術(shù)對(duì)其展開(kāi)了不同方向的研究和探討。作為虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，虛擬人群仿真技術(shù)不僅要體現(xiàn)個(gè)體的多樣性(即在外形特征、運(yùn)動(dòng)形式及對(duì)同一事件的反應(yīng)上體現(xiàn)出不同之處)和群體的社會(huì)性(即在特定情況下表現(xiàn)出整體性，相互交流、相互影響的特性)，而且要實(shí)現(xiàn)虛擬人群與用戶以及環(huán)境的交互。

但是，由于計(jì)算資源是有限的，很多仿真系統(tǒng)不得不在實(shí)時(shí)性、個(gè)體行為的逼真性和高質(zhì)量的視覺(jué)效果之間做出權(quán)衡，也就是說(shuō)，目前大多數(shù)人群仿真系統(tǒng)只能關(guān)注于人群仿真的某個(gè)或者某幾個(gè)方面，這就導(dǎo)致對(duì)于虛擬人群仿真的研究還存在一些問(wèn)題和不足：

1)在虛擬人群與用戶交互的實(shí)現(xiàn)方面，目前用戶創(chuàng)建人群的方法不夠簡(jiǎn)單便捷；同時(shí)，用戶與人群進(jìn)行交互的手段還處于個(gè)體操作階段。上述問(wèn)題在人群規(guī)模較小時(shí)表現(xiàn)得不很突出；但當(dāng)人群規(guī)模不斷增大時(shí)，這些問(wèn)題就會(huì)使交互操作變得異常繁瑣，導(dǎo)致用戶浪費(fèi)很多時(shí)間才能獲得比較滿意的設(shè)計(jì)效果。

2)大多數(shù)具備用戶交互功能的人群仿真系統(tǒng)在虛擬人群的自主性和智能性方面都有所欠缺，群體行為的任何改變都需要用戶操作方可完成。而大多數(shù)自主性和智能性高的人群仿真系統(tǒng)又缺乏與用戶的交互性。

因此，本發(fā)明從實(shí)現(xiàn)虛擬人群仿真系統(tǒng)的用戶可交互性并提高人群本身的智能性角度出發(fā)，研究面向用戶規(guī)劃的虛擬人群仿真框架。通過(guò)本發(fā)明的研究，不僅能夠保證用戶操作的簡(jiǎn)單直觀性，而且能夠使得虛擬人群快速響應(yīng)用戶的指令，真實(shí)自然地與環(huán)境進(jìn)行交互并展現(xiàn)出群體復(fù)雜多樣的行為。綜上所述，研究面向用戶規(guī)劃的虛擬人群仿真框架具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的虛擬人群仿真方法與用戶交互性較差，使得用戶設(shè)定和修改人群行為還處于個(gè)體操作階段，無(wú)法滿足用戶快速生成期望的人群行為以及具有高自主性和智能性的虛擬人群的缺陷，從而提供一種簡(jiǎn)單直觀的面向用戶規(guī)劃的虛擬人群仿真框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種場(chǎng)景下虛擬人群行為的逼真模擬。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種面向用戶規(guī)劃的虛擬人群仿真框架，包括組(1)、觸發(fā)器(2)、運(yùn)動(dòng)范圍限制器(3)和云控制端(4)，其中：

所述的組(1)規(guī)定了組中個(gè)體的數(shù)目、隊(duì)形、行為、活動(dòng)范圍、組長(zhǎng)；每個(gè)組的位置通過(guò)質(zhì)心法確定，組內(nèi)各成員的行為由組長(zhǎng)及成員與環(huán)境的交互確定；

所述的觸發(fā)器(2)規(guī)定了所處環(huán)境的路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為虛擬人群提供準(zhǔn)確的環(huán)境信息和相應(yīng)動(dòng)作信息；

所述的運(yùn)動(dòng)范圍限制器(3)規(guī)定了環(huán)境中靜態(tài)障礙物的位置；

所述的云控制端(4)負(fù)責(zé)對(duì)群體中的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行定位，并根據(jù)環(huán)境的路徑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和組的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)虛擬人群的路徑規(guī)劃；

所述的觸發(fā)器(2)為所述的組(1)提供環(huán)境感知信息和動(dòng)作信息，為所述的云控制端(4)提供路徑拓?fù)湫畔ⅲ凰龅倪\(yùn)動(dòng)范圍限制器(3)為所述的組(1)提供靜態(tài)障礙物位置信息；所述的云控制端(4)為所述的組(1)規(guī)劃路徑并將重要路徑信息告知給所述的組(1)以便群體執(zhí)行。

上述技術(shù)方案中，所述的組(1)由人員構(gòu)成模塊(11)、活動(dòng)范圍模塊(12)、目標(biāo)模塊(13)以及個(gè)體行為和群體行為生成執(zhí)行模塊(14)組成，其中：

所述的人員構(gòu)成模塊(11)定義了組中個(gè)體的數(shù)量、組分布的形狀、組長(zhǎng)和組成員的構(gòu)成情況；

所述的活動(dòng)范圍模塊(12)定義了組所在的初始位置，規(guī)定了組所占據(jù)的最大空間區(qū)域；

所述的目標(biāo)模塊(13)由用戶指定生成，提供組運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和方向；