1、毕业设计文献综述计算机科学与技术动漫游戏中虚拟角色的自主行为模型研究摘要利用DIRECTX和3DSMAX能制作出栩栩如生的3D虚拟鱼类动画，模拟真实鱼类的行为规则，对虚拟角色的自主行为有更深刻的了解，能为动漫游戏以及鱼类观赏等提供服务。关键词人工鱼，虚拟角色的自主行为，DIRECTX，3DSMAX8正文3D动画是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一新兴技术。在计算机中建立一个虚拟的世界，在这个虚拟的3D世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算
2、，生成最后的画面。3D动画技术模拟真实物体的方式使其成为一个有用的工具。由于其精确性、真实性和无限的可操作性，目前被广泛应用于医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。由于3D动画比平面图更直观，更能给观赏者以身临其境的感觉，尤其适用于那些尚未实现或准备实施的项目，使观者提前领略实施后的精彩结果。本文研究的鱼类的自主行为动画制作便能在鱼类观赏馆的创建之前，给人们一个直观的感受。为了创建出理想的模型，实现鱼类预计中的自主行为，我们要用到DIRECTX和3DSMAX。当前流行的底层引擎主要是DIRECTX和OPENGL；本文只涉及到DIRECTX。DIRECT3D是一套非常优秀的高性能三维图形程序可编程接
3、口，其功能非常强大，对游戏、三维图形程序开发提供了全方位的支持。DIRECTX在计算机游戏设计中应用最为广泛，当前流行的三维射击、动作、冒险等类型的游戏绝大多数都是DIRECTX开发的。微软已经通过COM接口和NET类库提供了DIRECT3D开发函数，本文采用C加COM接口的开发方式。3DSMAX软件则是当前流行的三维设计软件之一，利用它可以在计算机上创建许多精美的三维模型，还可以为创建的模型赋予动画，让模型看起来更加真实化。3DMAX是目前市场上最流行的三维造型设计和动画制作软件之一，也是当前世界上销售量最大的建模、动画及渲染软件。在当今数字化时代，3DMAX为用户提供了极为强大的三维制作解
4、决方案，在建筑、工业设计、电影特效制作等方面，3DMAX都能够为人们提供完善的三维制作和现实引擎。在本文研究的范围内，3DMAX用来建模，我们利用3DMAX先在其中建立场景中所需的物体和人物，并完成材质、纹理的设置。先在3DMAX中制作出所需的场景，导出为X文件后，再导入VS2008中的图形程序中，然后对角色加入动画算法使画面具有动态效果并放置好场景模型，就能轻松得到你想创造的美丽世界了。通过DIRECTX函数接口把3DSMAX导出的X文件导入，再在DIRECTX中对模型智能化，可以使模型按照我们的意愿完成一系列交互效果。通过对虚拟角色添加表情面板和状态控制，可以创建出具有较高真实性的虚拟角色
5、的自主行为动画。人工生命是借助计算机以及其他非生物媒介，实现一个具有生物系统具有的特征的过程或系统。随着计算机图形学和硬件技术的高速发展，计算机动画取得了很大发展，如何在动画中逼真展现自然界里有着复杂运动和行为的自然生态系统是一个挑战性的难题。本次研究的内容重点在于海洋里两种生物的自主行为。现阶段用来模拟虚拟角色的自主行为的方法包括有限状态机、脚本方法、模糊逻辑、智能体技术、群体行为的模拟、决策树、神经元网络和遗传算法等。有限状态机（FINITESTATEMACHINE，简称FSM）技术是目前使用最多的技术，实现简单，容易理解和调试，使用面很广。模糊逻辑是以集合论为工具来研究模型思维的推理，以
6、及模糊语言的形式、规律的科学，只要任务是模拟模糊思维和对模糊语言的处理。模糊逻辑是传统逻辑的超集，能处理部分真、位于完全正确和完全错误之间的真值。在本程序中主要用到了状态机，通过状态机来转变虚拟角色的身体行为和面部表情。这样使虚拟角色具有一定的智能，让动画更具有真实性。在虚拟的海洋环境中，两种鱼通过感知器感受环境，通过效应器来作用于环境，感知器的主要功能是对外界的状态变化进行检测、记录，并结合自身状态对感知到的信息进行处理，两种鱼有自己的属性和方法。感知能力是人工鱼决策和行为的基础，这里将两种鱼类的感知信息看成一个多元组，给出人工鱼的视觉、触觉等模型，由此人工鱼可以通过视觉，触觉来表现出相应的
7、规避、逃逸、觅食等行为。在虚拟的海洋环境中，鱼类与静态的环境（如礁石、海底建筑等）进行规避，在不同的鱼类生物之间进行躲避、捕食，从而创造出较为丰富的交互过程。虚拟角色的自主行为的产生和决策均与其情感状态紧密相关，因此基于动物逻辑和情感角度，根据人工鱼的情感模型，对两种鱼类产生情感控制下的高级行为规划。人工鱼的行为和运动由“情感”和“智能”协调控制（情感智能）意图行为运动。在动物的情感中，我们选取其中具有代表性的情感作为人工鱼的基本情感快乐和恐惧。其中，快乐为积极情感，当人工鱼发现当前的环境是利于其生存条件的，便会产生这种最基本的情感；恐惧则是消极情感，当小鱼发现自己处于一个即将被吃掉的危险境地
8、时，便会产生这种最初级的情感。以上两种情感之间，还有一种情感，平静。将情感模型加入到虚拟角色的自主行为控制方案中，可以增强其行为的逼真度。为了表现如上所述的情感因素，我们采用了表情插值的表现方法；表情插值就是在创建的虚拟角色上改变面部状态，使虚拟角色看起来具有情绪变化行为。这里我们利用窗口面板来显示这种情绪变化。二维情绪图可以简单表现出人工鱼当前的情绪状态，通过对虚拟角色进行表情插值来展现角色的情绪变化。人工鱼与其所生活的虚拟海洋环境生成的动画能够为生物仿真，海洋可视化，教育游戏和娱乐模拟等方面服务，虚拟海洋环境中鱼类的自主行为的表现，能让人们从一个全新的视角去了解和接触海洋生物世界。参考文献
9、1班晓娟，艾冬梅，陈泓娟人工鱼科学出版社，2007102王德才，杨关胜，孙玉萍精通DIRECTX3D图形与动画设计M第一版，人民邮电出版社，200753涂晓媛人工鱼计算机动画的人工生命方法北京清华大学出版社，20014JOHNDAVIDFUNGE著班晓娟，艾迪译人工智能在计算机游戏和动画中的应用M清华大学出版社200455FUNGEJD班晓娟，艾迪明译人工智能在计算机游戏和动画中的应用认知建模方法北京清华大学出版社6ANDREWKIRMSE编著沙鹰等译游戏编程精粹4M人民邮电出版社，200597MICHAELDICKHEISER编著孟宪武等译游戏编程精粹6M人民邮电出版社，200711，1782288STEVERABIN编著庄越挺，吴飞等译人工智能游戏编程真言M清华大学出版社，200519涂晓媛,陈弘娟,涂序彦“人工鱼”动画模型设计J软件世界,2000,0410涂晓媛,陈弘娟,涂序彦“人工鱼”及虚拟海底世界建模方案J软件世界,2000,0411FUNGEJMAKINGTHEMBEHAVECOGNITIVEMODELSFORCOMPUTERANIMATIONUNIVERSITYOFTORONTO,PHDTHESIS,199812LMKELLY,3DSMAX8BIBLE,HOBOKEN,NJWILEYPUBLISHING,INC,2004
