[发明专利]一种基于多尺度层次细节的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及模拟仿真、虚拟现实技术、计算机图形学，尤其是涉及一种基于多尺度层次细节(MS-LOD)的面向大规模群体行为的仿真方法。

背景技术

当前大规模群体行为仿真不管是在军事领域还是国家安全领域都是研究的热点与难点。由于在仿真过程中一般要采取多Agent建模技术，因此，在大规模群体行为仿真的虚拟环境中要涉及大量的环境数据、以及众多个体属性演化过程的运算；另外，要把大规模群体行为的演化结果用逼真的三维场景可视方式实时表现出来，更需要存储大量的三维实体模型和人体运动模型。这种情况下，若不经过特殊的处理，一般主流PC机(基本配置为：CPU酷睿双核2.4GHz，内存2GB，显卡GeForce8800GS 384MB)只能满足几百个个体Agent的实时行为决策运算和场景的渲染，这根本达不到大规模仿真的目的和效果。(大规模的仿真一般要求Agent的数量在“万级”左右)

由于个体Agent之间具有复杂的人际关系，所以当Agent的数量增加时，需要计算机的运算速度和显卡的存储量不能只是按“代数级数”增长，而是以“几何级数”增长。否则，将难以达到仿真的实时性与逼真性，严重影响大规模群体行为仿真的效果。

当前对仿真运算和场景渲染的简约技术是层次细节技术(LOD)——它主要是针对图形图像渲染时在不降低视觉逼真程度的前提下，先要为同一个物体或人建立一系列的三维实体模型，这些模型的尺寸大小和精细结构各不相同，相邻两个模型所包含的三角面片数和顶点数基本上会相差一个数量级，如图1给出了一组尺寸大小不同的层次细节模型示意图，图2给出了一组尺寸相同但精细结构不同的层次细节模型示意图。在仿真过程中以物体到视点的距离为尺度标准来选择要调用一组模型中的哪一个，当视点离物体较近的情况下选择尺寸较大、结构比较细致的模型进行渲染显示，当视点离物体较远时选择尺寸较小、结构较粗糙的模型进行渲染显示。

应用该技术在Agent数量不超过1000的情况下，一般主流PC机(基本配置为：CPU酷睿双核2.4GHz，内存2GB，显卡GeForce8800GS 384MB)在满足画面视觉效果逼真的前提下，可降低系统的内存和显存消耗，减少对三维实体面片、顶点等光照模型、隐藏面的消除的运算量，提高系统的运行速度。

传统的层次细节技术(LOD)虽然可以减少对模型进行三维变换和处理的计算量和降低系统内存和显存等资源开销，以保证仿真运行的实时性与逼真效果。但Agent数量达到大规模的情况(一万个左右)时，该技术将无法满足系统的实时性与逼真性的要求，这主要是由于在进行“虚拟环境中大规模群体行为仿真”时，不仅要读取地理环境、大量的虚拟人实体等三维模型“海量”数据，而且大规模人群中每个个体在进行智能行为决策时会带来巨大的“运算量”开销，由此造成该技术(LOD)因无法同时满足既降低数据“读取量”又减少数据的“计算量”的要求，而在一定程度上失效。

发明内容

本发明是鉴于上述技术问题而产生的。本发明的一个目的是提出一种基于多尺度层次细节的仿真方法。

在一个方面中，根据本发明的基于多尺度层次细节的仿真方法包括步骤：A、建立三维实体的层次细节模型(LOD)；B、对个体Agent进行分类；C、确定不同类型Agent进行决策层次转换的视点距；D、确定不同类型Agent进行决策转换的延时效应；以及E、确定三维实体进行层次细节转换的结构模型。

在这个方面中，其中进一步包括：判断个体Agent是否重要分类。

在这个方面中，其中进一步包括：当判断出Agent不是重要分类时，则以步骤D所确定的延时效应进行一次行为决策。

在这个方面中，其中进一步包括：在与视点的距离大于在步骤C中所确定的视点距时，采用二维纹理图形替代Agent实体模型，并且延迟上一次行为决策的结果。

在这个方面中，其中进一步包括：当判断出Agent是重要分类时，则进一步判断与视点的距离是否大于在步骤C中所确定的某个视点距。

在这个方面中，其中进一步包括：如果判断出大于该视点距，则采用在步骤E中所确定的简单结构模型，从而进行简单行为决策规则。

在这个方面中，其中进一步包括：如果判断出小于该视点距，则采用步骤E中所确定的精细结构模型，从而进行精细结构的行为决策规则。

通过本发明，可解决具有“数据量大”和“运算量更大”的这一类仿真问题求解与渲染显示问题，同时满足系统的实时性要求并且提高仿真结果的视觉逼真性。

附图说明

图1示出了传统层次细节技术(LOD)中所用的一组尺寸大小不同的层次细节模型示意图；