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FPS游戏中的高仿真可扩展虚拟角色智能体研究

作　者: 黄嘉浩
导　师: 肖双九
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 虚拟现实 FPS游戏人工智能智能体虚拟角色行为决策人机交互
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 36次
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内容摘要

第一人称射击游戏(First-Person Shooter Game, FPS)中，玩家通过与游戏中的虚拟角色交互－相互配合或相互攻击，从而达到娱乐的效果。为了提供真实和有趣的效果，游戏中的虚拟角色需要能根据玩家的行为和游戏中的虚拟环境，做出符合人的常理的响应。因此如何建立行为高度真实的虚拟角色，是FPS游戏开发中的关键问题之一。另一方面，随着虚拟环境复杂度的提高，虚拟角色行为变得复杂，虚拟角色行为的真实性提高，虚拟角色的智能体模型应该具有很好的扩展性，从而可以快速满足扩展的功能和行为。本文针对如何构建FPS游戏中的真实的虚拟角色智能行为及其与用户之间的智能交互问题，设计实现了一套可扩展的，支持用户自然指令控制的高仿真－符合一般人类智能－单智能体AI架构，使得开发流程简洁方便，系统容易进行功能和行为上的扩展。本文的主要研究内容与研究成果如下：(1)设计实现了一套可扩展的，支持用户自然指令控制FPS游戏虚拟角色单智能体架构。结合智能体理论以及现有的工程设计方法，该架构把智能体中的各个模块以统一的类型－组件进行实现，以消息的机制进行通讯和协调，从而屏蔽各模块的差异，从而在功能上有很好的扩展能力。(2)研究了智能体内各个模块的相关理论，以消息机制为核心，设计实现的智能体必须的各个模块，包环境信息，感知，状态管理，效应，行为决策等模块。通过消息传送代替接口调用，使得各个模块既保持着相互之间在理论上的关系，同时使得相互脱藕，高内聚性并具有很强的在功能扩展能力。(3)针对行为决策，改进了层级式有限状态机算法。把转换结合到状态中，简化转换的实现。同时，对状态进行分解并限制分解的次数，赋予不同层级的状态不同的意义和工作内容，从而设计实现出具有高仿真，并易于行为扩展的行为决策算法。(4)设计了一套玩家指令驱动的虚拟角色响应模型，使得虚拟角色能根据用户的动作或语音指令执行相应的动作，反应出玩家的指令所造成的结果。(5)在实际的FPS游戏中对虚拟角色进行实现和测试，检验本文的虚拟角色设计，分析运行结果和效率。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
插图目录  11-13
第一章绪论  13-17
  1.1 研究背景和意义  13-15
  1.2 研究目标与研究内容  15-16
  1.3 本文的组织结构  16-17
第二章智能体和虚拟角色智能体架构设计  17-31
  2.1 虚拟角色和智能体以及智能体分类  17-23
    2.1.1 智能体  17-18
    2.1.2 FPS 游戏中的虚拟角色智能体  18-20
    2.1.3 软件系统中的智能体分类  20-23
  2.2 虚拟角色智能体的架构设计  23-30
    2.2.1 智能体方案选择  23-24
    2.2.2 虚拟角色智能体的基本架构设计  24-26
    2.2.3 虚拟角色智能体架构细化  26-29
    2.2.4 虚拟角色智能体的架构总体设计  29-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章 FPS 游戏中的系统环境信息  31-40
  3.1 系统环境信息的重要性  31
  3.2 战场信息  31-33
    3.2.1 战场信息描述  31-32
    3.2.2 战场信息设计  32-33
  3.3 掩体信息  33-37
    3.3.1 掩体信息描述  33-34
    3.3.2 掩体信息设计  34-37
  3.4 虚拟角色信息  37-38
    3.4.1 虚拟角色信息描述  37
    3.4.2 虚拟角色信息的设计和实现  37-38
  3.5 环境信息种类的扩展  38-39
  3.6 本章总结  39-40
第四章感知与状态信息管理  40-50
  4.1 感知  40-45
    4.1.1 虚拟角色的视觉  40-41
    4.1.2 视觉感知组件  41-44
    4.1.3 感知功能的扩展  44-45
  4.2 状态信息管理  45-49
    4.2.1 敌人信息管理  46-47
    4.2.2 武器信息管理  47-48
    4.2.3 状态信息管理功能的扩展  48-49
  4.3 本章总结  49-50
第五章行为决策与动作执行  50-64
  5.1 行为决策  50-58
    5.1.1 自主行为决策  50-54
    5.1.2 架构中的自主行为决策  54-55
    5.1.3 自主行为决策的扩展  55-56
    5.1.4 行为决策响应自然指令  56-58
  5.2 行为动作的执行  58-63
    5.2.1 寻路移动组件  58-59
    5.2.2 动画控制组件  59-61
    5.2.3 攻击组件  61-62
    5.2.4 效应功能的扩展  62-63
  5.3 本章总结  63-64
第六章系统运行结果分析  64-74
  6.1 系统平台和系统设置  64
    6.1.1 系统实现及测试平台  64
    6.1.2 系统设置  64
  6.2 系统运行及测试结果  64-73
    6.2.1 环境信息与智能体交互的结果  64-66
    6.2.2 虚拟角色感知的运行结果  66-67
    6.2.3 虚拟角色效应的运行结果  67-70
    6.2.4 虚拟角色响应指令的运行结果  70-71
    6.2.5 系统运行效率和分析  71-73
  6.3 本章总结  73-74
第七章总结和展望  74-76
  7.1 论文工作总结  74
  7.2 进一步展望  74-76
参考文献  76-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  79
  在学期间发表的学术论文  79

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