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协同虚拟环境导航与空间感知研究

张晶  
【摘要】:虚拟现实技术是近十几年悄然兴起的高新技术,协同虚拟环境(CVE)是虚拟现实技术与网络技术相结合的产物,将分布在不同地理位置的独立的虚拟现实系统通过网络连接起来,多个用户在一个共享的三维环境中进行交互,协作完成任务。目前,CVE系统已经在科学可视化、协同设计、战争模拟等多个领域得到了广泛的应用。 论文首先总结并分析了CVE体系结构、研究内容以及现有CVE的研究机构和研究项目,提出了当前协同虚拟环境研究和应用中存在的导航与空间感知问题。考虑到协同虚拟环境里导航不同于单用户空间导航,有其自身的特点,在对虚拟环境中单用户空间导航模型综合分析的基础上,建立了协同导航概念模型。论文对协同虚拟环境里空间感知问题进行了系统研究,采用几何描述方法使抽象的理论具体化,具体分析了空间感知问题状态结构中的初始状态、目标状态和从初始状态到目标状态的各种途径,并根据协同导航概念模型找出了影响各种问题状态转移的算子,构成了空间感知的问题空间。同时,根据这个状态空间分析了第一人称视点视图、附着视点视图和第三人称视点视图的导航和空间感知效果,进一步验证了所提出的空间感知问题的状态结构理论。在此基础上,论文对空间感知工具的技术特性,即表现形态、表达方式、Agent特性、时间特性、持续状态等进行了详细分析,并深入探讨了影响空间感知的环境自身因素,即坐标系类型、可识别性、活动性、可操纵性、所需要感知目标的空间参数等,同时具体分析了影响空间感知问题状态结构的行为操作算子,最后,总结了空间感知工具的设计所需要考虑的三个方面,提出了空间感知工具的设计方法,并根据这种方法设计了一种基于Agent的空间感知工具。同时,构建了空间感知工具的实验环境,进行了相关实验测试。论文为今后协同虚拟环境界面的研究工作奠定了理论基础。


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