[发明专利]基于层次图组织与变换的虚拟环境群体对象行为演化方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实和人工智能技术领域，特别是涉及虚拟环境中群体自治对象行为建模中一种刻画群体对象行为演化的方法。

背景技术

虚拟现实(Virtual Reality，VR)产生于上世纪60年代。它利用计算机技术为核心的现代高新技术，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围内的虚拟环境(VirtualEnvironment，VE)，用户可借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实具有交互(Interaction)、沉浸(Immersion)和构想(Imagination)的3I特性，利用它能够高精度、细粒度地对客观存在或假想中的事物进行模拟与表现，从而在虚拟环境中对物理规律和现象进行分析。虚拟自治对象是虚拟环境的重要组成部分。生成一定数量的虚拟自治对象参与环境交互，丰富了虚拟环境，提高了操作人员体验环境的逼真性。虚拟自治对象构建的行为的真实性，灵活性及可靠性直接影响着虚拟仿真结果的有效和可信。

虚拟对象的构建技术一般涉及几何、物理特性和行为三个方面内容。相比较而言，几何建模和物理建模的方法较为成熟，对于个体和群体的行为建模方法研究较少，为了构造智能型对象和群体对象，将行为建模与人工智能相结合是需要研究解决的问题。Agent理论和技术是上世纪70年代末发展起来的分布式人工智能研究领域之一，近年来发展起来的Agent理论有望成为描述虚拟自治对象认知行为和群体行为的形式化工具。MAS(Multi-agentSystem)是Agent理论领域研究重要方向之一，研究多个Agent群体对问题的求解，包括3个主要问题：模型，组织和交互，组织的形成和演化问题是基于Agent的计算和Agent合作问题求解的关键。

近年来，Agent组织的演化问题成为多Agent系统研究的热点。已有的组织演化研究的典型方法主要是从自组织方法和Agent个体的行为状态的变化等方面，从微观角度进行分析组织演化的机制，因而在宏观上组织的演化行为具有突现的特性，组织的行为是内部Agent个体行为的突现的结果，具有不可控等缺点。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于层次图组织与变换的虚拟环境群体对象行为演化方法，该方法中组织的重组过程具有主动性、可控性的优点。

本发明的技术解决方案：一种基于层次图组织与变换的虚拟环境群体对象行为演化方法，其特点在于步骤如下：

(1)给定实际应用问题，构造组织任务图；

(2)根据组织任务图，构造基于层次图的虚拟对象群体的组织模型；

(3)基于虚拟对象群体的组织模型，构造描述虚拟对象群体行为演化的图变换系统；

(4)根据所述的图变换系统构造基于层次图变换的虚拟对象群体的自适应系统结构。

所述步骤(1)中构造组织任务图的方法如下：由实际应用领域问题，通过任务的分解与合并，按照任务的父-子组成关系形成关于任务的有向非循环图，从而形成组织任务图。

所述步骤(2)中的虚拟对象群体的组织模型自下而上分为组织的社会结构Rolegraph、角色指定Connection Graph和虚拟对象行为协调Agentgraph三个维度，其中社会结构定义了组织中角色及角色之间的关系，例如角色之间基于任务的依赖关系；角色指定ConnectionGraph定义了组织中虚拟对象与其承担的角色之间的匹配关系；虚拟对象行Agentgraph为协调定义了通过角色指定后，由角色之间的社会结构关系及虚拟对象与角色之间的匹配而形成的虚拟对象之间的行为协调关系，表示了虚拟对象进行行为协调的交互对象；当两个角色之间存在任务的依赖关系时，则分别承担该两个角色的虚拟对象之间建立任务的协调关系。具体的建立方法如下：

(a)按照形成的任务图，构造能够实现组织根节点任务的子任务集合，将一个角色对应一个任务节点，从而形成组织的社会结构，即角色关系结构；

(b)根据虚拟对象个体的任务状态及拥有的资源状态，通过集中角色分配方式将组织任务在虚拟对象个体之间进行角色指定，形成角色指定关系结构和协调关系结构，从而形成组织结构实例。

所述步骤(3)的构造描述虚拟对象群体行为演化的图变换系统的方法中，构造描述虚拟对象群体行为演化的图变换系统，包括三个方面的要素，分别为虚拟对象的组织的图对象的集合、图规则集合和图规则应用条件集合，具体的构造方法如下：