[硕士论文] 智能寻径技术在园林漫游系统中的开发与实现 [复制链接]

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硕士论文-智能寻径技术在园林漫游系统中的开发与实现，共59页，27617字

摘 要

随着虚拟现实技术的发展，各方面的应用正逐步被媒体所认识和展示，它在

沉浸感、交互性和实时性等综合效果是传统平面效果图与动画所无法比拟的。虚

拟现实技术在园林应用中尚属起步阶段，在园林漫游系统中的人机交互和智能行

为等很多方面存在空白，所以本研究就如何在园林场景中实现虚拟人智能寻径进

行了研究。

研究工作分为三个主要部分：第一部分是园林实体模型的建立和虚拟人动作

控制；第二部分是基于 A*算法的智能寻径功能模块开发；第三部分是虚拟人在

园林漫游系统中的碰撞检测。

虚拟人运动模型的构造是研究的基础，通过对人物建模方法的研究，建立骨

骼层次结构和蒙皮模型。运动控制是场景交互的重要内容，通过分析人体行走的

运动状态，提取人物行走过程中主要的动作特征，利用关键帧技术，实现角色动

作的模拟并完成角色动作库的创建。

本研究对基于 A*算法的启发式搜索进行研究，通过导航网格和预先指定障

碍区域优化了 A*算法，从整体上提高了路径搜索的效率。然后通过 Virtools SDK

和 VC++创建漫游智能寻径功能模块，对 Virtools 的功能模块进行了扩展。通过

摄像机控制研究，实现了虚拟人在漫游场景中的视角切换；通过对碰撞检测的研

究，实现了虚拟角色与场景中物体的碰撞检测，使园林漫游环境更加生动逼真。

关键词：智能寻径；A*算法；虚拟人；动作控制；碰撞检测；园林漫游系统

目 录

中文摘要 ............Ⅰ

英文摘要 ........... Ⅱ

1 绪论...............1

1.1 研究背景和意义 ...... 1

1.2 国内外研究现状 ...... 2

1.2.1 国外研究现状 ...... 2

1.2.2 国内研究现状 ...... 3

1.3 存在问题 ............ 4

1.4 研究内容和技术路线 .............. 4

1.4.1 研究内容 .......... 4

1.4.2 研究技术路线 ...... 5

2 基于 3ds Max 的园林场景建模......6

2.1 园林实体模型的建造 .............. 6

2.1.1 园林建筑模型建造 .............. 6

2.1.2 水体模型建造 ...... 7

2.2 植物三维模型建造 ................ 9

2.3 虚拟人运动模型建造 ............. 13

2.3.1 骨骼和骨骼层次结构............ 13

2.3.2 Mesh 模型建造 ................ 14

2.3.3 蒙皮信息 ......... 15

2.4 虚拟人运动控制的实现 ........... 16

2.5 虚拟人模型的导出 ............... 19

3 漫游地图智能寻径算法研究.......22

3.1 状态空间搜索 ....... 22

3.2 启发式搜索 ......... 23

3.2.1 评价函数 ......... 23

3.2.2 搜索策略 ......... 24

3.3 A*算法 ............. 24

3.3.1 A*算法的评价函数 ............. 24

3.3.2 算法的衡量标准 ............... 25

3.3.3 基于 A*算法寻径结果分析....... 26

3.4 基于 Virtools SDK 寻径功能模块的创建 ........ 27

3.4.1 模块的接口与类型 ............. 27

3.4.2 模块功能分析 ..... 28

3.4.3 模块编程实现 ..... 28

3.4.3.1 编程环境的设置 ............. 28

3.4.3.2 标准模块的设计 ............. 29

3.4.3.3 模块功能的开发 ............. 30

4 园林漫游系统中智能寻径研究与实现 ...........34

4.1 Virtools 技术简介............... 34

4.2 虚拟人寻径的控制研究 ........... 35

4.3 虚拟人的碰撞检测 ............... 38

4.3.1 碰撞检测的基本原理 ........... 38

4.3.2 包围盒技术分析 ............... 38

4.3.2.1 包围球碰撞检测.............. 38

4.3.2.2 AABB 层次包围盒碰撞检测..... 39

4.3.3 碰撞检测的实现 ............... 39

4.4 虚拟人的视角研究与实现 ......... 40

4.4.1 第一视角 ......... 40

4.4.2 第三视角 ......... 42

4.5 系统展示 ........... 45

5 总结与展望 ........46

5.1 总结 .............. 46

5.2 展望 .............. 46

参考文献 ............47

致谢................49

导师组意见 ..........50

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