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虚拟环境下多实体行为仿真关键技术研究

作　者: 郭晓亮
导　师: 李树军；金烨
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 行为仿真行为抽象面向Agent 视景仿真系统虚拟现实
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

视景仿真是一种基于可计算信息的交互式环境,因其能够帮助人们建立一个具有身临其境的沉浸感、能与复杂系统进行交互、并能促进构想与创造的环境,而成为社会各个应用领域发展中不可或缺的高科技手段。现在,视景仿真技术已经成为仿真系统软件的一个重要组成部分,它也是虚拟现实技术研究的主要内容之一。本文研究课题来源于中船工业708研究所及中国航天八院八部实际项目,研究内容是在以某型援潜救生视景仿真项目为主要背景和实践对象,同时以某型导弹攻防对抗视景仿真及某型大船载设备排布视景仿真项目为经验指导下进行的。根据系统实时性和交互性要求较高的特点,对系统进行功能设计,分析了系统开发的技术路线,提出了系统的总体框架,并确定了系统的软硬件组成和基于MultiGen Creator/Vega的开发环境。论文在虚拟现实环境下的多实体行为仿真等方面展开工作,研究了视景系统仿真实体的行为抽象,实现了行为抽象的一些重要概念和方法。在面向模型的仿真基础之上讨论了多实体行为协作与协调的建模方法,分析了面向XML外部配置的实体行为策略仿真的反馈机制,最后以面向Agent的建模与分析方法,结合Agent UML对系统建模,成功实现了视景仿真系统。本文在总结对基于Agent建模与仿真的理论线索及特点后,认为复杂场景多实体行为仿真系统是一种典型的复杂自适应系统,基于Agent的系统分析能很好的解决相关问题。研究了面向对象技术中的统一建模语言(UML),并根据面向Agent技术的基本要求对其进行了初步扩展,形成了面向Agent的UML (AUML)以辅助面向Agent系统的开发,为面向Agent的系统仿真技术提供了工具帮助。论文主要研究了视景系统中仿真实体的行为抽象的相关问题。首先明确分析了面向模型仿真的特点；在此基础之上提出了用户级描述、表示层描述、业务逻辑层描述,以及实现层描述的四层仿真实体行为描述的方法；并提出了面向智能体行为仿真的功能封装和站点等概念和方法,以及行为协调与协作模型；为实现复杂场景多实体行为仿真的研究提供了新的思路。采用XML技术实现仿真实体的数据流描述,作为系统的输入动态、可交互地完成不同行为策略的仿真,为设计人员对实际系统的性能验证和方案评估提供了简便的实施机制,并且提高了软件的可扩展性,使其更加健壮、通用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 论文背景及意义  11-12
  1.2 虚拟现实技术国内外研究现状  12-14
  1.3 视景仿真技术的应用  14-16
  1.4 多实体行为仿真研究方法  16-17
  1.5 本文的研究内容、组织结构  17-20
第2章视景仿真系统设计  20-28
  2.1 视景仿真系统组成  20
  2.2 视景仿真系统的需求分析  20-21
  2.3 视景仿真系统的技术路线  21-23
  2.4 视景系统的软硬件方案  23-25
    2.4.1 硬件构成和系统平台  23-24
    2.4.2 视景仿真平台支持软件  24-25
    2.4.3 编程开发环境  25
  2.5 仿真实体行为建模  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章多实体视景仿真系统的建模  28-42
  3.1 基于Agent的建模与仿真  28-35
    3.1.1 基于Agent建模的理论线索  28-29
    3.1.2 Agent的基本理论和技术  29-34
      3.1.2.1 Agent的概念和特性  29-30
      3.1.2.2 单Agent结构  30-34
    3.1.3 多Agent系统(Multi-Agent System,MAS)  34
      3.1.3.1 多Agent系统定义  34
      3.1.3.2 多Agent系统研究内容  34
    3.1.4 基于Agent建模与仿真  34-35
  3.2 系统模型的AUML(Agent UML)描述  35-41
    3.2.1 面向对象的方法及其统一建模语言UML  35-39
    3.2.2 面向Agent的模型抽象  39
    3.2.3 面向Agent的统一建模语言AUML  39-41
      3.2.3.1 经扩展的AUML类图  40-41
      3.2.3.2 经扩展的AUML用例图  41
      3.2.3.3 经扩展的AUML顺序图  41
  3.3 本章小结  41-42
第4章视景仿真系统关键技术  42-57
  4.1 实体行为抽象  42-46
    4.1.1 物理模型到应用程序的层次结构  42-43
    4.1.2 面向模型仿真的特点  43-44
    4.1.3 实体行为的抽象  44-46
  4.2 仿真实体运动多路径选择与生成  46-51
    4.2.1 行为的封装和站点的构造  46-47
    4.2.2 路径的选择与生成  47-49
    4.2.3 多仿真实体的行为协调与协作  49-51
      4.2.3.1 协作模型  49-50
      4.2.3.2 协调机制  50-51
  4.3 仿真实体的XML数据流描述  51-54
    4.3.1 实体行为仿真策略  51-52
    4.3.2 实体行为仿真的体系结构  52-53
    4.3.3 面向XML的行为仿真策略描述  53-54
  4.4 视景仿真系统的ABMS模型框架  54-56
    4.4.1 模型框架  54-55
    4.4.2 基于Agent的行为建模  55
    4.4.3 视景系统的一种Agent结构  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章实时场景渲染和系统实现  57-74
  5.1 某型援潜救生视景仿真系统的分析  57-59
    5.1.1 视景系统应用程序开发  57-58
    5.1.2 援潜救生过程分析  58-59
    5.1.3 援潜救生仿真过程描述  59
  5.2 某型援潜救生视景仿真系统的设计  59-62
    5.2.1 功能设计  59-61
    5.2.2 系统框架设计  61-62
  5.3 面向Agent的系统分析与设计  62-71
    5.3.1 Agent模型  62-67
    5.3.2 功能模型  67
    5.3.3 动态模型  67
    5.3.4 类结构图  67-71
      5.3.4.1 协作类的描述  67-68
      5.3.4.2 路径生成类的描述  68-69
      5.3.4.3 类结构图  69-71
  5.4 系统实现  71-72
  5.5 本章小结  72-74
第6章结论与展望  74-76
  6.1 结论  74
  6.2 工作展望  74-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文  80

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