首页|行业资讯|企业名录|周边产品|数字城市|增强现实|工业仿真|解决方案|虚拟医疗|行业仿真|图形处理|军事战场
资讯首页
行业资讯 >> 专业文献>>正文
基于Agent方法体系的虚拟现实 仿真研究
2010年8月10日    评论:    分享:

      来源:第三维度

  作者:李彤 黄景平 冯珊

      单位:华中理工大学系统工程研究所

 

    摘要 分析了A gent 研究和虚拟现实 研究的现状, 指出利用A gent 技术研究虚拟现实 的自然一致性、并且说该技术可以克服虚拟现实 研究中的难点。最后, 给出了一个典型的A gent 结构用于在AOP 下对虚拟现实 仿真系统进行描述。

 

    1 引言

    近年来。A gent (智能体或能动体) 虚拟现实 ( V irtual Reality, 虚拟现实或灵境) 是计算机及其应用领域的两大研究热点。A gent 的研究强调的是软件技术中A I(人工智能) 技术与软件工程的结合、是一种全新的理解和设计软件系统的思想。而虚拟现实 是在当今计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、多媒体技术、显示技术和计算可视化技术等多门类科学技术集成的基础上发展起来的、是一门全新的仿真技术。本文分析了A gent 研究和虚拟现实 研究的现状, 从软件系统设计的角度, 讨论利用A gent 技术研究虚拟现实 的自然一致性。并且说明该技术可以克服虚拟现实 研究中的一些难点。最后, 给出了一个典型的A gent 结构用于在AO P下对虚拟现实 仿真系统的描述。

 

    2 虚拟现实 Agen t 现状及应用

 

    2.1 虚拟现实 的研究现状

 

    虚拟现实 出现以来、特别是海湾战争以后,虚拟现实 就立刻得到各国政府, 特别是军方的重视, 它被认为是90年代高新技术的尖兵。从来没有一项新技术这样引人注目。虚拟现实 可以定义为使用户不同程度地投入一个人工环境中并能与这个环境中的对象进行相互作用的仿真技术。它向人类用户提供一个不仅可以“认知”而且可以“感知”的计算机世界、使参试者不仅通过显示器屏幕和打印输出从外部理解计算机描述的客观世界事物, 而且使他通过各种感官如视、听、嗅乃至形体动作等感知其所处的计算机产生的虚拟环境, 从而取得身临其境的体验。传统的仿真系统仅只在简化环境条件下模拟对象的行为, 或只对环境作仿真描述, 而现实世界中的人的行为是与所处环境交互产生的行动序列。基于虚拟现实 技术所建立起的前所未有的人机和谐系统是计算技术的一个大飞跃、它对人类社会的发展必将起到更大的促进作用。

 

    国外的虚拟现实 研究以美国为代表, 早期的虚拟现实 技术产品可举1962 年美国Mo rton Heilig 研制的街道模拟器, 1965 Sutherland 研制的头盔式图形显示器; 1972 年的电子游戏Pong, 乃至1984 Ames 研究中心的头戴式虚拟现实眼镜, 1985 年美国空军的Supercok it 飞行模拟器等等; 1989 年美国V PL 公司JaronL anier 为概括虚拟环境及人与之交互的技术首次提出V irtual Reality (虚拟现实) 这一被普遍接受的技术名词,至今不过只有7 年时间, 但其发展是极其迅速的。从美国计算机图形学学会上每年都展出各种新颖别致的应用, 如建筑师让客户在模拟的建筑物内行走; 飞行、航行、海底探察模拟; 医学手术模拟; 艺术博物馆观赏; 机器人远程燥作; 军事作战模拟; 科学研究中形体内部过程的可视化乃至影视创作、各式娱乐等, 其应用范围遍及社会活动的各个方面。

 

    特别是美国军方, 它一直是虚拟现实 技术的主要开发者, 国防部研究计划署DARPA 研制的国防仿真网(Simnet) 可将各种人与武器装备的组合, 如坦克、战车等链接人同一虚拟战场进行作战演习。空军的任务预演更将虚拟现实 技术发挥得淋漓尽致。这种虚拟现实 仿真系统可将预定航线的地形地貌、目标情况、敌方火力及电磁威胁、气象条件、昼夜变化等, 通过高速计算机图形生成系统生成飞行员在整个航线上能观察到的视素、雷达显示。红外前视等逼真动态图象使飞行员在仿真器上预先实现该项任务飞行, 并作出相应的对策措施等评价后再真正执行任务, 从而保证任务的高效安全完成。NA SA 还将虚拟现实 仿真用于星际探测研究。

 

    其它仅据美国报导的不完全资料即可举出服役中的应用系统, :

 

    ① 综合战争剧场(Synthet ic Theater ofW ar, STOW ) , 它可对涉及10 万个兵力对象的联合战争行动进行各种条件下的仿真;

 

    ② 组合武器战术训练器(Combined A rm s Tact ical Tainer, CA TT) ;

 

    ③ 联合战术训练系统(Jo int Tact ical Combat T raining System , JTCTS) ;

 

    ④ 装甲ö反装甲先进技术演示系统(A rmo röA nt i2A rmo r A dvanced Techno logy Demomdstat ion.A 2A TD) 等等;

 图1 虚拟现实 技术的I3 性
图1 虚拟现实 技术的I3 性

       这些实用军用系统大都具有分布式、交互、多媒体ö超媒体仿真的特点, 其技术描述可以简单地归结为; 系统将计算机处理的文本、声音、图形、动画、静态和动态图象等多种形式的信息按使用要求任意组合, 参试者可以按时间表选择各种以不同媒体表现的信息, 通过视听装置感受其存在和变化, 对其作出反应, 而这些媒体元素间又有逻辑的连接使参试者被引导, 形成一种逼真的人与环境的交互。总之, 体现了灵境仿真的I3 , Immersion- Interac2t ion- Imaginat ion (沉浸- 交互- 构想) , 如图1 所示。参试者身临其境与虚拟环境交互时和他在真实世界里有同样的感受。

 

    国内的研究机构(如国防科工委、航天总公司) 和高等学校(如国防科技大学、浙江大学、华中理工大学等) 虚拟现实方面的研究起步较早, 有不少综述文章或研究报告发表。一致的看法是认为虚拟现实 仿真技术是一个极有应用潜力的新技术领域, 值得我们努力去克服理论和技术上的障碍、迎接2. 世纪的挑战。

 

    军用虚拟现实 技术的国内情况因资料原因了解不多、但需求是显然的。国防现代化需要先进的教育(如战争场景课程等) 训练手段(如飞行员、装甲兵、装备机械师等的训练) , 武器系统研制要分布式交互系统D ISCADö CAM 相结合, 舰船和潜艇的战略使用、战术演习、导弹飞行控制、C3 I 模拟等。在需求推动下促使我们也应尽快投入研究。

 

    2.2 Agen t 研究现状

 

    A gent 的概念发端于70 年代A I 研究的物理符号假设, 认为智能任务可通过对符号的内部表示进行操作的进程实现。因而“符号的内部表示+ 推理进程”形成了A gent 的初型。70 年代末到80 年代初, 随着计算机科学与技术的进展, 基于初型的A gent 可模拟更为复杂的人类智能行为。实用分布式系统中用多个A gents 合作完成任务的需求, 促进了多A gents 系统的研究[4 ]80 年代末以来, 关于A gent 的研究和应用得到了迅猛的发展, 来自不同领域的研究者构造了各自需用的软件,A gent 有各种名字, 如用于接口上的intelligent interface, adap t ive interface; 用于知识处理的(Know bo t)、用于入机、网络通讯的U serbo tTaskbo t N etbo t [5 7 ]。自然地与应用开发相关的软件系统体系结构、语言、逻辑程序设计等也同时取得了显著的进展、如面向A gent 的程序设计AO PA gent 开发环境Sodabo t Kidsim 和基于A gent 的软件工程等[8 11 ]

 

    总之、从散在大量文献中的各种Softw are A gent 来说, 总的印象是A gent. A gent 系统的开发是面向实用的, 旨在向最终用户提供最直接(ends- ends) 的服务。国内的研究情况就其起步时间来说滞后了6 年左右, 一些国防研究结构和大学如航天总公司二院、北京航空航天大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学已有不少综述性文章发表、应用成果报导较少、姚郑等有一篇关于多功能感知系统设计的报告[14 ]、用的是A gent 的高层定义。

 

    3 基于Agen t 方法体系的虚拟现实 研究

 

    3.1 Agen t 概念

 

    综上所述, 有关A gent 的研究给A I 及其相关领域的研究工作注人了新的活力, A gent 目前还没有一个明确统一的定义, 研究人员都在自己的系统中赋予A gent 不同的结构、内容和能力, 以方便自己在特定方向上的研究。虽然如此, 根据国内外那些已实现的系统, 我们仍然可以对A gent 进行一般性的描述、即A gent 可看作在某一环境中持续自主运行的抽象实体(ent ity)。一般说来,A gent 应具有知识, 目标和能力。

   

    由此可知,A gent 是一个应用范围极广的术语,A gent 知识的多少, 能力的大小, 可以灵活变化。目前存在两类极端的A gents 系统, 一是神经元网络, 它有一套紧密耦合的、简单的非智能元件或表示知识的单元组成, 每个元件或单元视为一个A gent。通过非同步的动作和通过“连结”的通讯, 合作单元能对数据作出灵活的反应。二是分布式问题求解系统, 它是粗粒度的A gents 系统, 是由自主的A gent 松散耦合而成的分布式网。每个A gent 能进行高级问题求解, 能随环境的改变而修改自己的行为、规划和与他人的通讯、合作策略等。一般的A gents 系统都处于在这两个极端之间, 具有中等粒度。

 

    3.2 多Agen t 系统与虚拟现实 仿真

 

    一般地, 每个A gent 被认为是一个物理的或抽象的实体、能作用于自身和环境, 并与其它A gents 通讯。从这个意义上讲, 人也可以是一个多A gent 中的一员。这正符合虚拟现实 研究的需要,虚拟现实 研究就是以人为中心的人机和谐系统。

 

    对设计一个智能系统, 使它具有足够的能力来控制环境, 这存在着许多困难: 首先它必须处理众多不确定的甚至是互相矛盾的信息, 其次它必须处理多个上下文相关的、有时是冲突的目标, 最后, 它必须把它的目标与自己受限的感知和行为能力相对应。然而, 从多A gent 的角度来看, 利用其解决上述困难可以说是一次质的飞跃: 首先, 可以通过A gents 之间的通讯, 开发新的规划或求解方法来处理不完全的、不确定的知识。第二, 通过A gent 间合作, A gent 系统不仅改善了每个A gent 的基本能力, 而且从A gent 的交互中进一步理解了社会行为。第三, 系统的程序空间与它所描述的现实空间有较一致的对应关系, 符合人的认知习惯, 对系统代码的理解、修改、维护和移置都带来了方便。如果说模拟人是过去A I 研究的目标,那么对多A gent 系统的研究则是以模拟人类社会作为其最终目标的。

 

    虚拟现实 仿真是计算机、图象生成、人工智能、多媒体、软件工程等多类高新科学技术的综合集成, 是一个复杂的综合智能系统, 它一般是对社会行为的计算机直观的描述, 因此更适合利用A gent 的思想、方法和体系对其进行研究。

 

    3.3 一个可用于虚拟现实 系统描述的Agen t 结构

 

    虚拟现实 仿真中, 对各种物体定义时, 除了它的属性(如材料、颜色等) 外还要考虑与该物体有关的任何运动, 以及相适应的速度、重量, 还必须考虑各物体之间的相互作用(如碰撞等) , 特别是对于那些动画化的人物和可由人操作的物体(如飞机、坦克等) , 要赋予它们生命和可控制性。

 

    故在AO P 框架下, 用于描述虚拟现实 世界中的A gent 结构可以用一个七元组来表示:

 

    A gent = (a,m , k , i, s, r, g )

 

    其中每一组元分别表示了属性、方法、知识、推理机、消息传送协议、消息接受协议和全局知识(相对组元k所表示的私有知识而言) 等功能成分, 它们共同组成了A gent, 其结构如图2 所示。

 

 

   图2 一个基于知识的A gent
图2 一个基于知识的A gent

    如对虚拟现实 场景中一辆可行动的坦克的描述: 则属性a 中定义了坦克的大小形状、材质、颜色、重量等:方法m 定义了坦克可运行的各种方式; 私有知识库k 中则定义了坦克运动应满足的各种物理定律规则等; 全局知识库g 则包含了整个场景中所有的A gent 应遵守的知识规则等; 推理机制i 通过对kg 的运用来决定m 的状态, r, s 是该坦克与其它A gent 通讯的协议。

 

    总之, 利用多A gent 技术, 可以对虚拟现实 仿真中的物体进行自然一致的描述。由物体的特性可将其描述为主动的A gent 和被动的A gent, 从而将虚拟现实 仿真软件系统的开发转化为一个多A gent 系统的设计与开发。当然在具体的开发过程中还有许多要研究解决的问题, rs 的确定、主动A gent 自主性的设计和其效率的评估等。这正是我们今后要研究的解决课题。

 

    参考文献

 

    1 张钹, 重返现实的人工智能1 国际学术动态, 1996 (1) : 34- 36

 

    2 冯珊, 田园1 面向对象编程与定理证明相结合实现问题自动求解1 计算机应用与软件, 1996 (2)

 

    3  Pat t ie M aces. Designing A ntonomous A gent Theo ry and P ract ice from B io logy to Engineering andBack, Robo t ic and A ntonomous System s, 1990, (6) ,No rth Ho lland

 

    4 Moulin B etc. A M ult i2A gent System Suppo rt ing Cooperat iveWo rk Done by Persons andM ach ines. ICon System ,M an and Cybernet ics, 1989,U SA

 

    5 姚郑, 高文, 软件A gent. 计算机科学, 1996 (1) : 10- 13

 

    6 Et izioniO ,W eld D1A Softbo t2Based lnterface to the Internet, CACM , 1994, 37 (7)

 

    7 M aes P. A gents that ReducesWo rk and lnfo rmat ion. O verload, CACM , 1994, 37 (7).

 

标签:Agent仿真
上一篇:数虎图像工业仿真-发电机虚拟现实维修装配开发
下一篇:虚拟现实与卫星仿真技术
网友评论:基于Agent方法体系的虚拟现实 仿真研究
评论
留名: 验证码:
您可能还需要关注一下内容:
·Vega 小镇(Town)视景仿真实践
·基于 HLA 的战术数据链作战应用仿真研究
·基于洪水模拟和预报的三维仿真系统设计
·基于虚拟现实技术的作战模拟仿真系统
·地震现场救援虚拟仿真想定编辑器的研究与实现
·混合动力汽车快速控制原型系统仿真平台开发
·Vega Prime视景仿真软件API简介
·Vega 虚拟仿真技术概述
·组件式 GIS 技术在军事仿真系统中的应用
·虚拟膝关节镜手术仿真系统的关键技术研究
☏ 推荐产品

Ladybug5全景
商家:力方国际

ProJet®
商家:力方国际

ProJet®
商家:视科创新

Premium1.5
商家:视科创新

巴可HDX主动立体投
商家:德浩科视

巴可HDF-W26投
商家:德浩科视

巴可30000流明2
商家:德浩科视

巴可4万流明2K投影
商家:德浩科视
☞ 外设导航
☏ 企业名录
【广州】中科院广州电子技术有限公司
【北京】第二空间(北京)科技有限公司
【北京】幻维世界(北京)网络科技有限公司
【厦门】厦门惠拓动漫科技有限公司
【厦门】厦门幻眼信息科技有限公司
【深圳】深圳南方百捷文化传播有限公司
【北京】北京思源科安信息技术有限公司
【上海】上海殊未信息科技有限公司
【北京】北京赢康科技开发有限公司
【武汉】武汉科码软件有限公司
友情链接 关于本站 咨询策划 行业推广 广告服务 免责声明 网站建设 联系我们 融资计划
北京第三维度科技有限公司 版权所有 京ICP备09001338
2008-2016 Beijing The third dimension Inc. All Rights Reserved.
Tel:010-57255801 Mob:13371637112(24小时)
Email:d3dweb@163.com  QQ:496466882
扫一扫 第三维度
官方微信号