[发明专利]一种虚拟人环境感知的仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术与数字化仿真领域，尤其涉及到一种虚拟人环境感知的仿真方法及系统。

背景技术

感知模型是智能虚拟人理解周围环境、进行自主行为控制的基础。人机工程学研究显示，人类对外部世界的感知80%以上来自视觉，因此，虚拟视觉传感器的实现是感知模型的基础，目前，视觉感知模型可以分为四种方法：（1）完全模拟人类视觉的感知原理，基于图像渲染的视觉感知模型。但是，由于图像识别技术发展还不够成熟，该方法在精度和速度上无法满足实时感知的要求；（2）基于场景数据库的视觉感知模型，将每个对象在世界模型中进行注册，通过直接从世界模型中查询，即可获取其相关信息。该方法随着场景范围的扩大，数据的存储量巨大、检索的效率低下，实时性弱，也不符合生物特点；（3）几何视觉模型改进了基于场景数据库的感知模型，采用几何算法设计多种信息过滤器，进而对取得的场景信息进行过滤，以实现对人类视觉局限性的模拟。该方法采用包围盒代替物体进行几何计算，在精度上比较低，不适合对室内搜寻的处理；（4）将上述基于图像、数据库和几何计算的方式结合起来，产生的综合视觉模型，根据需要在计算精度、效率和真实感之间进行权衡。但对于大范围的户内外混合场景的虚拟环境下，不论从数据量还是从运算量来讲都面临着很大的困难。

目前比较成熟的视觉感知模型都是基于完全已知环境，以视野范围为基础，直接进行运算的方式实现，需要对场景模型等信息的查询、按照生物感知特性进行过滤、遮挡处理，并且，在距离运算时由于采用包围盒方式通常其精确性不够，并且随着模型信息数据量的线性增加会导致运算量的级数级增加。要解决这些问题，在虚拟人感知的实现上，人们是以两种思维方式进行技术实现，一种是以人的感知方式为基础进行虚拟人的感知实现，另一种是以虚拟世界的上帝方式进行虚拟人感知的实现。图像识别、几何运算等属于前者；而数据库查询方式属于后者；综合方式是两者的结合。而这两种思维方式是虚拟人设计中的两个极端，一个是完全让虚拟人模拟人的感知；另一个则是虚拟人本身完全不需要感知，它的行为要接受设计者的安排。

发明内容

本发明提供了一种虚拟人环境感知的仿真方法，旨在解决虚拟人在一个不完全可知的动态虚拟环境中如何主动感知追击环境，确定追击路径的问题。

一种虚拟人环境感知的仿真方法，所述方法包括：

创建虚拟人和所述虚拟人追逐的目标，确定所述虚拟人的位置和速度；

建立筒视线；

根据所述虚拟人的速度向所述虚拟人追逐的目标周期性地发射所述筒视线，根据所述筒视线和所述虚拟人所在环境中的障碍物碰撞点的信息和预先设置的行动推理知识库确定所述虚拟人的追逐动作；

执行所述虚拟人的追逐动作。

所述建立筒视线，包括：

以所述虚拟人的两只眼睛的中间点为中心点建立与所述虚拟人的视线垂直的平面，以所述虚拟人的外形轮廓为边缘，沿所述虚拟人的视线方向在所述虚拟人和所述虚拟人追逐的目标之间形成一个曲面柱体，所述平面为所述曲面柱体的底面，所述曲面柱体的柱面是所述虚拟人的筒视线，所述筒视线是由所述柱面上的多个视线所构成的视线束。

所述根据所述虚拟人的速度向所述虚拟人追逐的目标周期性地发射所述筒视线，包括：

根据所述虚拟人的速度和所述虚拟人所在环境中的障碍物，确定所述虚拟人向所述虚拟人所在环境发射筒视线的周期T；

其中，所述周期T是一个阶梯函数，T与所述虚拟人的速度v成反比，与所述筒视线遇到的障碍物的距离r成正比，其中k₁、k₂是两个常量参数。

所述根据所述筒视线和所述虚拟人所在环境中的障碍物碰撞点的信息和预先设置的行动推理知识库确定所述虚拟人的追逐动作，包括：

根据所述筒视线和所述虚拟人所在环境中的障碍物碰撞点的信息获取所述虚拟人的环境信息，并根据所述环境信息查询所述行动推理知识库，确定所述虚拟人的追逐动作。

所述执行所述虚拟人的追逐动作，包括：

当所述虚拟人所在环境中的障碍物是凸面不可进入障碍物时，则由势函数得到一个躲避障碍物的力，在所述力的作用下所述虚拟人绕开所述障碍物继续追逐所述虚拟人追逐的目标；

当所述虚拟人所在环境中的障碍物是凸面可进入障碍物时，则根据所述筒视线和所述虚拟人所在环境中的障碍物碰撞点的信息、所述虚拟人所在的位置和所述行动推理知识库确定所述虚拟人追逐所述目标的行动，选择所述凸面可进入障碍物的避障路径、进入路径和离开路径，追逐所述目标。

一种虚拟人环境感知的仿真系统，所述系统包括：