专利名称：虚拟空间导航图自动生成方法与系统及其寻路方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动寻路技术，特别是涉及一种虚拟空间导航图自动生成方法与系统及其寻路方法与系统。
背景技术：
在虚拟场景中，从起始点到目标点之间为角色寻找一条最优路径(寻路)的问题是游戏开发、虚拟现实系统、机器人研究、地理信息系统等领域的基本问题。实时战略游戏与动作游戏中的寻路方法，一般先根据地形生成一张导航图，它实际上是一个抽象的图结构，然后用搜索算法在该图上搜索得到路径。在对角色的智能要求较高的游戏客户端软件中，目前采用较多的方法是由关卡设计师手工放置路点，然后由计算机根据这些路点和场景的阻挡信息，自动生成连接这些路点的网络，最后在该网络上采用搜索算法寻找到一条路径。因此，寻路问题的关键在于生成这个导航图，有了这个图，可以采用人工智能中的经典算法，如A*算法、Dijkstra算法搜索该图，从而寻找到一条路径，而导航图的生成的关键在于路点的设置。虚拟场景是由地形和空间物体模型构成，以往由关卡设计师手动摆放路点的方案中，在地形摆放路点这个步骤已经可以由计算机来自动完成了。具体，只要控制一个表示路点疏密的因子，这些路点完全可以由计算机均勻的分布到地形上，因为纯地形的场景是很简单的，用二维OD)网格图的方法就可以处理，即把地形划分成二维网格，如四方网格或者六方网格，在每个网格中心放置一个路点即可。而对于空间物体的路点设置，计算机就很难自动生成，这是因为空间物体的属性是三维的，例如楼梯、桥梁、建筑物等，其很难用网格的方法进行处理，因而，目前采用的方法仍然是人工放置路点的方法。然而这种人工放置路点的方法存在一定的缺陷，尤其是对于场景巨大而且复杂的情况，人工放置的方法很难及时准确的生成导航图，而且很容易出错。为此，随着游戏场景的日益绚烂，复杂度日益增加，如何在三维虚拟场景利用计算机自动生成路点，已经成为业界亟待解决的重要问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种自动寻路方法与系统及其导航图自动生成方法与系统，以解决现有三维虚拟场景中导航图自动生成困难的问题。为解决以上技术问题，本发明提供一种虚拟空间导航图自动生成方法，包括在建立虚拟空间的物体模型的同时，标记该物体模型的属性；读取所标记的属性信息，并利用该属性信息自动生成导航图。进一步的，所述物体模型的属性包括几何属性和物理属性。进一步的，所述自动生成导航图的步骤包括导航图顶点的生成与导航图边的生成步骤。
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进一步的，导航图顶点包括基础顶点和采样顶点，基础顶点直接从所标记的属性信息中读取，采样顶点通过在每两个可见基础顶点之间进行采样获得。进一步的，所述采样顶点通过对每两个可见基础顶点的中点进行采样获得。进一步的，所述导航图边的生成步骤根据之前生成的导航图顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。本发明另提供一种虚拟空间导航图自动生成系统，其包括存储装置，其内存储有虚拟空间的物体模型属性标记文件；导航图生成装置，读取存储装置内的物体模型属性标记文件，并根据该文件自动生成导航图。进一步的，所述物体模型属性标记文件中包括物体模型的几何属性和物理属性。进一步的，所述导航图生成装置包括顶点生成单元和边生成单元。进一步的，所述顶点生成单元包括顶点集合，其内存储有从物体模型属性标记文件中读取的基础顶点；采样单元，在每两个可见基础顶点之间进行采样获得采样顶点，并将采样顶点添加入顶点集合。进一步的，所述采样顶点为对应的两个可见基础顶点之间的中点。进一步的，所述边生成单元读取顶点集合内的顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。本发明还提供一种虚拟空间自动寻路方法，包括在建立虚拟空间的物体模型的同时，标记该物体模型的属性；读取所标记的属性信息，并利用该属性信息自动生成导航图；依据所标记的属性信息，确定寻路函数，在所生成的导航图上自动寻路。进一步的，所述物体模型的属性包括几何属性和物理属性。进一步的，所述自动生成导航图的步骤包括导航图顶点的生成与导航图边的生成步骤。进一步的，导航图顶点包括基础顶点和采样顶点，基础顶点直接从所标记的属性信息中读取，采样顶点通过在每两个可见基础顶点之间进行采样获得。进一步的，所述采样顶点通过对每两个可见基础顶点的中点进行采样获得。进一步的，所述导航图边的生成步骤根据之前生成的导航图顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。本发明另提供一种虚拟空间自动寻路系统，包括存储装置，其内存储有虚拟空间的物体模型属性标记文件；导航图生成装置，读取存储装置内的物体模型属性标记文件，并根据该文件自动生成导航图；寻路装置，依据所标记的属性信息，确定寻路函数，在所生成的导航图上自动寻路。进一步的，所述物体模型属性标记文件中包括物体模型的几何属性和物理属性。进一步的，所述导航图生成装置包括顶点生成单元和边生成单元。进一步的，所述顶点生成单元包括顶点集合，其内存储有从物体模型属性标记文件中读取的基础顶点；采样单元，在每两个可见基础顶点之间进行采样获得采样顶点，并将采样顶点添加入顶点集合。进一步的，所述采样顶点为对应的两个可见基础顶点之间的中点。进一步的，所述边生成单元读取顶点集合内的顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。
综上所述，本发明引入模型标记的概念，对虚拟空间内的物体做适当的标记，形式化的描述下来，这样计算机可以根据标记自动生成路点，从而生成导航图如此，大大减少了手工工作量，提高了寻路系统的可靠性。
图1为本发明一实施例所提供的虚拟空间导航图自动生成方法的流程示意图；图2为本发明一实施例所提供的虚拟空间自动寻路方法的流程示意图；图3为本发明一具体实例中虚拟空间实体的分类及其层次关系；图4为本发明一实施例中应用Bowyer-Watson算法形成新Delaunay三角形的过程示意图；图5为本发明一实施例所提供的虚拟空间导航图自动生成系统的结构示意图；图6为本发明一实施例所提供的虚拟空间自动寻路系统的结构示意图。
具体实施例方式为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举示例性实施例，并配合附图，作详细说明如下。现有三维虚拟场景中，导航图的生成往往依靠手动放置路点，这种方式对于场景巨大且复杂的三维空间，很难及时准确的生成导航图，而且很容易出错。考虑到导航图的重要性和构造的困难性，本发明引入模型标记的概念，对虚拟空间内的物体做适当的标记，形式化的描述下来，这样计算机可以根据标记自动生成路点，从而生成导航图如此，大大减少了手工工作量，提高了寻路系统的可靠性。具体，本发明把与模型相关的路点作为模型不可分割的一部分，在建模时就已经加以考虑、规划并制作。路点的信息无需显示出来，只是一个标记，可以让程序获得路点的信息即可，目前大多三维建模软件如3DMax都支持用户定义一些额外的信息，利用这些工具，完全可以在创作模型的时候就把寻路信息作为一项基本要素加入，程序查询这些信息，自动生成和地形路点一样的结构，那么所有的路点就可以统一处理了。有了这些路点，就可以由计算机自动生成导航图，并根据阻挡信息进行寻路了。具体，如图1所示，本发明提供了虚拟空间导航图自动生成方法，包括步骤SllO 在建立虚拟空间的物体模型的同时，标记该物体模型的属性；步骤S120 而后在需要生成导航图时，便可以读取所标记的属性信息，并利用该属性信息自动生成导航图。同时，如图 2，本发明还提供了对应的虚拟空间自动寻路方法，其在建立虚拟空间的物体模型的同时， 标记该物体模型的属性(步骤S210 )，属性的标记即考虑到了角色在寻路时各方面的需要，有的是为了导航图的自动生成，有的是为了确定寻路算法(例如，A*算法)中的启发式函数。这样，计算机可以直接读取所标记的属性信息，并利用该属性信息自动生成导航图 (步骤S220:)；依据所标记的属性信息，确定寻路函数，在所生成的导航图上自动寻路(步骤 S230 )。下面通过实施例详细给出该方法的工作机制，如模型需要标记那些内容、如何分类等。1.物体模型属性的标记
虚拟空间中是对三维场景所表示的空间的一种分类，例如场景中包含哪些实体？ 这些实体有什么属性？实体之间是如何交互的？具体来说，虚拟空间实体包括1)类表示场景中的各种不同实体，如建筑物、道路、桥梁、障碍物、树木、河流、天
气、声音、光线等；2)属性用属性来详细的描述实体，除了描述实体的长度、宽度等几何属性外，虚拟空间实体更强调的物理属性如可见度、通行宽度、通行级、隐蔽级、掩蔽级等；3)关系描述实体与其他实体之间的交互性，例如子弹击中墙后会冒烟等。图3给出了虚拟空间实体的分类及其层次关系。在诸多实体中，与寻路相关的一个是空间物体，它对应模型路点，另一个是地形物体，它对应地形路点，是可以自动生成的。空间物体需要标记它的寻路属性，包括几何属性和物理属性，以供程序直接访问， 以下罗列出一些需要考虑的属性，其需要在建立模型的同时予以标记，以便后续导航图建立和寻路时使用 场景的边界由一系列场景边界关键顶点组成，用以确定场景的边界。 中心点场景中物体的中心点坐标； 关键点确定物体能够可达的一些主要顶点的坐标； 外部包围盒由一系列物体外部的关键顶点组成，用以确定物体的外部轮廓； 出入口外侧顶点内部可以通行的物体，与外界有出入口相通，出入口外侧顶点标记出入口的外侧坐标； 出入口内侧顶点出入口内侧顶点标记出入口的内侧坐标； 通行宽度对于道路，桥梁，出入口等，通行宽度是一个约束条件，可以限制不同种类角色的通行路径，例如人物主角与车辆或坐骑的路径会不同； 通行级角色在其上通行的代价，例如上坡下坡的代价不同； 隐蔽级物体对角色的隐蔽程度，例如战壕和树木都可以提供不同的隐蔽级； 掩蔽级角色遭到攻击时物体提供的保护程度，例如石块和树木提供不同的掩蔽级； 通行负载物体对在其上通过的角色的承载能力； 火力半径火力点如机枪塔、碉堡等需要标记火力的有效攻击范围； 火力强度火力点的火力杀伤的强度。表1给出了一些物体模型所标记的属性的实例，如下表 1
权利要求
1.一种虚拟空间导航图自动生成方法，其特征是，包括在建立虚拟空间的物体模型的同时，标记该物体模型的属性；读取所标记的属性信息，并利用该属性信息自动生成导航图。
2.根据权利要求1所述的导航图自动生成方法，其特征是，所述物体模型的属性包括几何属性和物理属性。
3.根据权利要求1所述的导航图自动生成方法，其特征是，所述自动生成导航图的步骤包括导航图顶点的生成与导航图边的生成步骤。
4.根据权利要求3所述的导航图自动生成方法，其特征是，导航图顶点包括基础顶点和采样顶点，基础顶点直接从所标记的属性信息中读取，采样顶点通过在每两个可见基础顶点之间进行采样获得。
5.根据权利要求4所述的导航图自动生成方法，其特征是，所述采样顶点通过对每两个可见基础顶点的中点进行采样获得。
6.根据权利要求4所述的导航图自动生成方法，其特征是，所述导航图边的生成步骤根据之前生成的导航图顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。
7.—种虚拟空间导航图自动生成系统，其特征是，包括存储装置，其内存储有虚拟空间的物体模型属性标记文件；导航图生成装置，读取存储装置内的物体模型属性标记文件，并根据该文件自动生成导航图。
8.根据权利要求7所述的虚拟空间导航图自动生成系统，其特征是，所述物体模型属性标记文件中包括物体模型的几何属性和物理属性。
9.根据权利要求7所述的虚拟空间导航图自动生成系统，其特征是，所述导航图生成装置包括顶点生成单元和边生成单元。
10.根据权利要求9所述的虚拟空间导航图自动生成系统，其特征是，所述顶点生成单元包括顶点集合，其内存储有从物体模型属性标记文件中读取的基础顶点；采样单元，在每两个可见基础顶点之间进行采样获得采样顶点，并将采样顶点添加入顶点集合。
11.根据权利要求10所述的虚拟空间导航图自动生成系统，其特征是，所述采样顶点为对应的两个可见基础顶点之间的中点。
12.根据权利要求10所述的虚拟空间导航图自动生成系统，其特征是，所述边生成单元读取顶点集合内的顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。
13.—种虚拟空间自动寻路方法，其特征是，包括在建立虚拟空间的物体模型的同时，标记该物体模型的属性；读取所标记的属性信息，并利用该属性信息自动生成导航图；依据所标记的属性信息，确定寻路函数，在所生成的导航图上自动寻路。
14.根据权利要求13所述的虚拟空间自动寻路方法，其特征是，所述物体模型的属性包括几何属性和物理属性。
15.根据权利要求13所述的虚拟空间自动寻路方法，其特征是，所述自动生成导航图的步骤包括导航图顶点的生成与导航图边的生成步骤。
16.根据权利要求15所述的虚拟空间自动寻路方法，其特征是，导航图顶点包括基础顶点和采样顶点，基础顶点直接从所标记的属性信息中读取，采样顶点通过在每两个可见基础顶点之间进行采样获得。
17.根据权利要求16所述的虚拟空间自动寻路方法，其特征是，所述采样顶点通过对每两个可见基础顶点的中点进行采样获得。
18.根据权利要求15所述的虚拟空间自动寻路方法，其特征是，所述导航图边的生成步骤根据之前生成的导航图顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。
19.一种虚拟空间自动寻路系统，其特征是，包括存储装置，其内存储有虚拟空间的物体模型属性标记文件；导航图生成装置，读取存储装置内的物体模型属性标记文件，并根据该文件自动生成导航图；寻路装置，依据所标记的属性信息，确定寻路函数，在所生成的导航图上自动寻路。
20.根据权利要求19所述的虚拟空间自动寻路系统，其特征是，所述物体模型属性标记文件中包括物体模型的几何属性和物理属性。
21.根据权利要求19所述的虚拟空间自动寻路系统，其特征是，所述导航图生成装置包括顶点生成单元和边生成单元。
22.根据权利要求21所述的虚拟空间自动寻路系统，其特征是，所述顶点生成单元包括顶点集合，其内存储有从物体模型属性标记文件中读取的基础顶点； 采样单元，在每两个可见基础顶点之间进行采样获得采样顶点，并将采样顶点添加入顶点集合。
23.根据权利要求22所述的虚拟空间自动寻路系统，其特征是，所述采样顶点为对应的两个可见基础顶点之间的中点。
24.根据权利要求21所述的虚拟空间自动寻路系统，其特征是，所述边生成单元读取顶点集合内的顶点，利用不规则三角网生成导航图的边。
全文摘要
本发明揭示了一种虚拟空间导航图自动生成方法与系统及其寻路方法与系统，在建立虚拟空间的物体模型的同时，标记该物体模型的属性；从而在利用所标记的属性信息自动生成导航图；并利用该信息，确定寻路函数，在所生成的导航图上自动寻路。可见，本发明在场景建模的过程中同时标记了物体模型的属性，而后由计算机根据所标记的属性来自动生成导航图，大大减少了手工工作量，提高了寻路系统的可靠性。
文档编号G09B29/00GK102306106SQ201110253549
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者丁振, 任立群 申请人:盛趣信息技术(上海)有限公司