虚拟教育环境中虚拟人（角色）技术探讨与运用

虚拟教育环境是虚拟现实在教育及培训领域中的应用。虚拟现实在教育中应用的意义在于:高度激发学习动机、突破时间和空间限制、更深入的心理感受、提供学习者尝试不同的选择。虚拟人(角色)是虚拟教育环境的重要组成部分,对于增强场景的真实感、沉浸感具有非常重要的作用。情绪是虚拟人(角色)与虚拟环境相互作用的结果,具有情绪的虚拟人(角色)更能增强虚拟人(角色)的真实性。一般而言,虚拟人(角色)可以视为一个自主的智能主体,具有感觉、知觉、情绪和行为。本文首先讨论了虚拟人(角色)的结构,包括虚拟人(角色)的感知模块、思维模块、行为模块和情绪转换决策模块,这些模块集合成为一个整体。感知模块接收到外面世界的信息后,思维模块会根据虚拟人(角色)的目标和当时的情绪状态来过滤一些不太重要的信息,同时把那些重要信息传送给情绪转换决策模块,由情绪转换决策模块根据一定的规则来决定虚拟人(角色)情绪的变化。虚拟人(角色)的思维模块能够根据信息库中定义的规则来决定外部被感知到的信息是否产生新的情绪增量矩阵。本文提出了一个新的情绪转换决策模型,该模型是基于OCC情绪模型之上,并能根据虚拟人(角色)的性格特点来确定一个个性矩阵。根据个性对情绪影响的大小,可以确定一个情绪个性矩阵(MPE)。思维模块在接收到有效信息后,把他们转化成情绪增量矩阵,由上面三个矩阵终极来决定虚拟人(角色)情绪变化。另外,本文还提出了一个新的实现虚拟人(角色)思维模块的方法,其中的思维模块是用Ja中的JESS工具来完成的。为使人们能在计算机环境中模拟实际或虚拟的声场获得与临场相似的听觉感受,本文先容了一个虚拟声环境构造系统主要实现方法,阐述了该系统主要的实现技术。利用与头相关的传递函数实现人耳的滤波效应。在模拟静止声源的基础上,系统地实现了运动声源的模拟。本文还实现了E-Teatrix系统和虚拟人(角色)动作库AgentLib。E-Teatrix是利用虚拟人(角色)技术来辅助中小学生来学习的一个软件,小朋友们可以根据读到的故事【关键词】：虚拟教育环境虚拟人(角色)Ja3D情绪思维虚拟声
【论文提纲】：摘要2-4Abstract4-9第一章绪论9-261．1虚拟现实9-101．2VR在教育和培训中的应用10-151．2．1VR在教育中应用的意义12-131．2．2VR环境中的学习类型13-151．3虚拟教育环境15-241．3．1虚拟教育环境发展简史15-171．3．2VLE特征17-191．3．3VLE的应用19-211．3．4VLE对现代教育的影响21-241．4本文的主要工作24-26第二章虚拟人(角色)的构造26-382．1简介26-292．2智能虚拟主体29-312．3虚拟人(角色)的结构模块31-332．4虚拟人(角色)的实现方法33-372．4．1虚拟人(角色)模型的构造332．4．2虚拟人(角色)动画33-352．4．3虚拟人(角色)的思维构造35-372．5小结37-38第三章虚拟环境的行为建模38-583．1简介38-403．2虚拟人(角色)的自主行为模型40-423．3虚拟人(角色)情绪及其描述42-453．4情绪转换决策模型45-483．5基于行为动画的人工鱼动画系统48-563．5．1人工鱼的行为设计49-543．5．2行为的层次结构54-563．5．3实现例子563．6小结56-58第四章虚拟人(角色)动作库AgentLib58-674．1简介58-594．2虚拟人(角色)对虚拟世界的表达59-614．3认知模型设计61-624．4AgentLib的实现和例子62-664．5小结66-67第五章基于动态机制的虚拟声环境构造67-815．1简介67-685．2系统的设计技术68-705．2．1系统的基本流程68-705．3系统实现的主要技术70-765．3．1基于动态机制的室内声场模拟705．3．2房间脉冲响应的频域插值法70-715．3．3运动猜测机制71-725．3．4四叉树和运动的层次表示72-745．3．5运动声源的模拟745．3．6HRTF中间值的计算74-755．3．7运动声源的平滑过渡75-765．3．8运动声源Doppler效应的模拟765．4方位和间隔因素的实现76-785．4．1间隔因素的实现76-775．4．2方位因素的实现77-785．5试验结果78-795．6小结79-81第六章虚拟教育环境开发工具E-Teatrix81-896．1简介81-826．2E-Teatrix中的人物和场景82-846．3虚拟人(角色)的情绪变化控制技术84-876．4E-Teatrix的实现87-886．5小结88-89第七章总结与展望89-927．1工作总结89-907．2进一步研究工作90-92参考文献92-99附录A在攻读博士学位期间介入的研究项目99-100附录B在攻读博士学位期间完成的论文100-102致谢102