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基于智能化身的移动虚拟现实技术及其应灾导航应用研究

马骏  
【摘要】: 虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)及其衍生技术是基于计算机和有线网络的,它们正在极大地改变着人类的生活和工作方式,代表了下一代计算机交互界面的发展方向。目前,两种技术的进步正促使VR及其衍生技术向一个新的方向——移动虚拟现实(Mobile Virtual Reality,简称MVR)发展:其一是移动设备(譬如:智能手机、PDA等)的计算能力发展迅猛,已经能够胜任个人移动数据处理终端的角色;其二是无线网络通讯技术(譬如3G,Wi-Fi等)也获得了飞速发展,其带宽得到了很大提高。本文以此为背景,为MVR注入智能化身(Intelligent Avatar,简称IA)的理念,提出了基于IA的MVR(IA-based MVR,简称IA-MVR)技术,并对其展开深入研究。此外,本文还以突发事件发生时错误的逃生路径是造成不必要人员伤亡的主要原因之一为背景,针对性地提出了一种基于IA-MVR技术的应灾导航解决方案。本文的研究内容主要集中在两个方面,即:IA-MVR技术研究和基于IA-MVR的应灾导航应用研究,而对IA-MVR的研究又分为IA-MVR总体设计、面向移动设备的移动虚拟现实引擎(MVR Engine,简称MVRE)之关键技术研究以及第三人称渲染模式/第一人称渲染模式(Third Person Rendering Mode/First Person Rendering Mode,简称TPRM/FPRM)的实现和对应模式下的IA渲染。本文在对上述内容的研究中,主要涉及如下的关键技术和方法: ●在对IA-MVR技术的研究中,本文对其进行了总体设计,包括:第一,阐明了IA-MVR技术的概念、特征以及要素。第二,提出了面向MVR的IA模型。该模型通过角色赋予IA所能实现的功能和所需完成的任务,而角色由任务定义、由任务的解决方案控制。此外,这个模型还具有一个感知器件和一个通讯器件,用于IA对外部环境的感知和反馈。第三,设计了IA-MVR的总体架构。该架构可以利用无线网络通讯实现IA-MVR需求的分布式或远程服务功能。 ●在对IA-MVR的可视化模块MVRE的研究中,本文搭建了一种面向移动设备的MVRE架构,并提出了一种基于设备感知的异构体系数据处理方案,以便实现一套基础数据,适应多异构机的目的;针对室外场景,本文采用了基于兴趣道路的街区组员数据调度模式来进行场景图组构,并提出了一种基于XML语法的路网描述语言(Road Network Described Language,简称RNDL)描述路网;最后引用背光灯衰减节电思想,提出了一种适用于IA-MVR系统的、基于电量感知的节电解决方案以提高设备的续航能力。 ●在对TPRM/FPRM及对应的IA渲染的研究中,本文提出一种称为过渲染的方法来实现TPRM,这种方式以纹理实现场景的TPRM图,并通过过渲染方式加速,取得了较高的帧速率;针对过渲染方法无法表现IA的位姿,本文引用OpenVG实现IA的二维矢量图(Vector Graphics,简称VG)绘制,很好地弥补了这一缺陷;FPRM下,针对目前移动设备渲染IA的几何模型吃力的现象,本文尝试性地采用了基于Impostor技术、结合分布式渲染实现了IA的绘制,取得较好效果。 ●在对基于IA-MVR的应灾导航的研究中,本文提出利用IA作为导航指示的模式,该模式真实感强、辨识度高;对于路径规划,提出了基于多级路障信息片的动态最优路径规划算法,用以实现导航功能;对于IA的感知器件,实现了距离感知和速度感知功能,使得应灾导航更人性化;最后,对路径投放采用了嗅点集优化方法,以减小对无线网络带宽的占用。 本文的研究不仅构建了一个较为通用的IA-MVR系统,而且将它应用到了突发事件的应灾导航中,既验证了IA-MVR的可行性,又体现了IA-MVR的实用性。本文的意义不仅局限于此,其中应灾导航方法对于通常的智能社区导航、旅游等都具有一定的借鉴意义。此外,IA-MVR系统的潜在应用领域有:移动虚拟医院、移动虚拟教室以及其他以MVR为交互界面的应用。


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