基于角色和面向智能主体的协同虚拟环境的研究

【摘要】：虚拟现实和网络的结合正在极大地改变着人类的生活和工作方式，由此而衍生的协同虚拟环境，集成了虚拟现实、网络、CSCW、多媒体、AI等多种计算机技术，代表了下一代计算界面的发展方向，并正在逐步应用于数字娱乐、真实世界仿真以及抽象概念建模等领域上。 本论文以协同虚拟环境形式化建模以及协同主客体的控制为主要研究内容，对基于角色和面向智能主体的协同虚拟环境以及协同客体的并发控制、协同主体的导航控制和兴趣域管理等问题进行了深入的研究，引入了一些新的思想和方法，提出了相应的模型，并提出了新的解决机制。 在协同虚拟环境形式化建模的问题上，本论文引入了角色理论和智能主体技术，通过角色这一概念将协同虚拟环境中化身、智能主体以及协同主体三者紧密结合在一起，并与相关的权利和义务绑定，从而提出了基于角色和面向智能主体的协同虚拟环境基准模型，并提出了智能实体运行态的概念；进一步地，提出了协同虚拟环境中基于角色和面向智能主体的协同主体的概念模型；还充分考虑到时间因素对协同虚拟环境实时动态系统的影响，以时间维度为第四维度，将其从传统的三维系统扩展为四维系统，并采用扩展的模糊时延Petri网技术对引入时间维度后的协同虚拟环境进行了形式化建模。 在协同虚拟环境可视化协同客体并发操作控制机制的问题上，本论文提出了三个在并发行为空间互相冲突的并发操作原则：响应性、一致性和并发性，并将可视化协同客体分为集中式和复制式两类；为保证一致性前提下的最优响应性和并发性能，针对不同的客体类型，试图在三大原则之间找到一个均衡点，由此分别提出了基于角色的集中式协同客体令牌投机控制机制和基于角色的以复制式协同客体为中心的并发控制机制。前者基于冲突避免的基本思想，以令牌机制保证一致性，同时引入投机机制进行令牌投机发放，在用户真正操作之前将令牌发放给用户，从而优化响应性；后者基于冲突消解的基本思想，主要满足并发性能，通过实时的本地操作保证并发性和个体响应性，通过服务器端操作确认来维护一致性和系统响应性，并通过复制同步最终实现一致性。 协同虚拟环境可视化协同主体导航控制着重从全局的路径规划和局部的碰撞检测两个方面展开研究：本论文考虑到协同虚拟环境中路径规划准则的特殊性以及语义相关性，提出以语义可达性取代几何连通性，修正传统的A~*算法使其结合多个语义相关的启发式函数层递作用其上，从而实现最优的规划准则；另一方面，论文对各种可能的碰撞情形进行分析，首次提出障碍物的碰撞预警域、碰撞互斥域以及衍生的动态障碍物碰撞互斥带的概念，引入二级2D投影 余春艳:基于角色和面向智能主体的协同虚拟环境的研究 浙江大学博士学位论文2004年04月 图，以速率和方向的改变为具体修正行为，以规避互斥域和互斥带为原则，以 实现无碰撞运动为目标，通过碰撞检测、碰撞规避和路径回复三个步骤实现可 视化协同主体在协同虚拟环境中无碰撞的自由运动。 在协同虚拟环境可视化协同主体的兴趣域管理上，本论文突破了传统的区 域划分、功能划分等兴趣域管理方法而提出了一种新的兴趣域管理机制一一 G刀月口从了。该机制隐含了传播路径确定的解决思想，引入了动态的视域划分机 制，采用以消息发送者为中心，使用蕴涵多层次结构的ZD网格投影图以辅助 兴趣域管理，并提出了兴趣可见度的新概念;具体实现中，将每个网格关联多 个A01属性层，并将兴趣域管理机制分为两个步骤:发送兴趣域的确定和消息 接收者的确定;其中前一步骤直接控制兴趣域管理的模型，重点在于确定消息 发送者的最大影响范围，后一步骤的核心为由内而外的兴趣域遍历机制。通过 该兴趣域遍历过程，可以确定消息发送源至目标网格的传播路径和目标网格的 兴趣可见性，实现消息过滤，并通过离散二维网格和抽象兴趣域媒体信息层的 绑定保证该管理机制的通用性、媒体无关性和扩展性。 本论文的研究意义在于为基于互联网的通信和协作提供解决方案，更好地 在其上开发通讯、娱乐、电子商务等各类应用。