一种虚拟地理环境角色建模方法和多角色协同操作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于软件技术领域，涉及虚拟地理环境软件中的协同操作，尤其涉及一种面向虚拟地理环境协同的角色模型的建立方法以及基于该角色模型的多角色协同操作方法。
【背景技术】
[0002]虚拟地理环境是目前正在迅速发展的时间空间信息技术新领域，并已经在军事和民用上得到了广泛的应用。支持多用户协同是虚拟地理环境的重要内容。当前，虚拟地理环境的协同主要借鉴计算机支持的协同工作(CSCW，Computer Supported CooperativeWork)概念和方法，在实际应用中，需要针对某个典型应用进行系统开发，实现信息的共享与互操作。然而，现有技术尚未出现符合虚拟地理环境自身特征和需要的地理协同的模型和方法。虚拟地理环境强调以“人”为核心，但是如何构建适合多人参与的协同操作环境，同时又顾及虚拟地理环境的高效构建，目前还缺少切实有效的解决方法。
[0003]在计算机软件中，“角色”是指针对不同身份制定的一整套的行为操作模式。在人工智能方面，智能体有多种，其随着应用的不同而变化多样，没有一个确切的角色建模方法。这两个方面的现有技术，都不能用来解决虚拟地理环境中的角色构建和协同操作问题，原因在于:虚拟地理环境的时空特性要求角色能够感知时空变化，也就是能够随着时间和空间的变化表现出不同的状态和功能，即角色的时空特性。现有方法中，角色及其模型并没有充分考虑虚拟地理环境对时空约束的特殊性需求，因而不能直接复制到虚拟地理环境中，解决虚拟地理环境多角色群体协同的问题。因此，需要构建适合于虚拟地理环境的角色模型，同时完成基于角色模型的虚拟地理环境的协同方法。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种虚拟地理环境角色建模方法及多角色协同方法，以解决虚拟地理环境中多人参与的群体协同操作问题。
[0005]本发明提供的技术方案是:
[0006]—种虚拟地理环境角色建模方法，通过将用户身份、用户权限、用户感知方式、用户处理信息方式、用户行为动作和用户可视化等信息映射为包括角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色动作和角色表达多个功能模块的角色模型，具体包括:
[0007]A.通过角色扮演模块建立用户类别与角色之间的映射关系，角色与用户之间具有“多对多”的对应关系；
[0008]角色扮演负责完成角色模型与用户关系的映射，实现系统角色对现实用户的规范与约束。角色扮演通过登录交互界面，让用户选取扮演的角色(如数据处理员角色、建模人员角色、可视化分析员角色、决策者角色等)，作为该用户在虚拟地理环境中的角色；或者根据用户的地理位置、工作部门等基本信息，直接指定其在虚拟地理环境中的角色，如北京的城市规划员角色、深圳的大气分析员角色等。角色与用户之间具有“多对多”的对应关系，即一个角色可以对应多个用户，一个用户可以使用多个角色。
[0009]B.通过角色权限模块建立用户对应的角色与角色权限之间的对应关系，角色与角色权限之间是“多对多”的对应关系；
[0010]角色权限负责角色与角色权限的对应关系，同时完成权限集的组织与管理。通过角色的权限(如数据可访问权限、数据只读权限、模型可修改权限等)设定角色行为的有限性、状态的边界性、资源的可访问性、信息的可交互性等，实现对角色感知、角色思维、角色行为的约束。角色权限集是所有角色及权限的集合，并且与具体的研究案例紧密相关。角色的权限集可以通过数据库、脚本(如XML)等形式进行组织。权限的管理负责指定角色与权限之间的对应关系。角色与权限之间是“多对多”的对应关系，即一个角色可以有多个权限，一个权限可以被多个角色拥有。角色的权限映射通过角色的社会学属性和时空属性两种约束完成。角色的社会学属性主要确定角色状态、行为等的类型，角色的时空属性则确定角色行为所能够发生的时间和地理区域。
[0011]C.通过建立角色感知模块，获得角色对周边物体和环境的探知信息，包括物理感知和系统感知；
[0012]角色感知包括角色对周边物体和环境的探知，它是通过角色所代表的实体对周围环境的感知方式(如视觉、触觉、电磁、热度等)，获取周围环境中的实体或周围环境的状态(如位置、尺寸、外型等)和变化信息(如位置移动、形状变化等)。本发明将角色感知区分为两种。其一是将角色在现实环境中对周围环境的感知，通过物理模型构建以及计算机编码，映射到虚拟地理环境中，被本发明称之为物理感知。同时规定物理感知具有感知能力的限度，即物理感知度。比如一个人的视觉感知能力是受视力的好坏、空气透明度、空间遮挡物等多种因素的影响。物理感知是基于角色在现实世界中对周围环境或物体的感知能力而构建的。物理感知度是通过构建影响物理感知能力的因素与物理感知能力之间的关系模型实现。第二种感知在本发明中被称为系统感知，是虚拟地理环境系统为实现协同，各个角色对系统中的数据和信息变化以及人机交互等的探知，或者说是角色对虚拟地理环境系统中的任何数据、信息等变化的感知。系统感知的感知度是由角色的社会属性和角色的时空约束共同决定。其中社会学属性即角色在现实社会中处于什么样的位置，具有什么样的权限。时空约束性主要限定角色的权限所行使的区域范围和时间阶段。系统感知可以通过网络通信、信息共享、数据共享、数据/信息互操作等方法实现。系统感知度则是通过对通信对象限制、通信内容干扰、通信时间延迟等的控制，确定角色对系统变化的探知程度。
[0013]D.通过建立角色思维模块，获得对于感知信息的分析以及下一步应对策略；
[0014]角色思维主要是思考角色所代表的用户当前的状态和下一步的行动，负责角色对获取信息的处理、推理、判断以及决定等，并驱动角色行为。角色思维主要通过两种方法实现。其一是人工智能方法，即基于知识库，对获得的输入信息自行处理，并形成结论。第二种是用户干预判别方法，即使用系统的用户通过人机交互方式，把个人的思考结果直接输入系统，完成对当前情况的判断。
[0015]E.通过角色动作模块，获得角色所代表的用户处理信息的行动动作；
[0016]角色动作是基于角色思维结果所做的行为动作。本发明将角色的动作区分为行为动作和系统交互动作。所述行为动作是角色所代表的用户个体在现实环境中行为在虚拟地理环境中的映射，比如一个士兵在接到前进命令后向前奔跑的动作的虚拟映射。角色行为动作又包括外在动作和操作动作。外在动作是角色的行动和举止，行动部分完成角色的智能型动作和行为的模拟，比如按路线行进、组织人员集合、与人对话等。举止部分完成角色的基本性肢体动作，比如跑、跳、蹲、坐、卧、站、举手、抬头等。操作动作是角色外在动作对周边环境的影响所表现出来的变化，比如士兵的跑步过程中产生的风场会吹动落叶飘动。所述系统交互动作是角色所代表的用户个体在虚拟地理环境中接收其他用户个体所发布出来的信息和周围环境信息后，把自身的状态和属性信息发送给相关用户的动作。行为动作是实现角色动作科学合理性的体现和基础方法，系统交互动作是实现虚拟地理环境有效协同方法的技术基础。
[0017]F.通过角色表达模块，对角色的状态信息和行为过程通过可视化进行展现；
[0018]角色表达负责将角色的状态信息和行为过程，通过可视化的手段进行展现。角色表达通过两个步骤实现。第一个步骤是角色的举止模拟，比如角色的举手、抬头、跑步、立正、转头等。角色的举止模拟是在角色三维模型和角色的动作库共同作用下实现。角色的三维模型可以通过3DsMax、Maya等通用建模工具软件完成。角色动作库是对某个粒子动作的脚本说明集合。某个角色动作可以通过专门的动作生成软件手工编辑生成，如Maya、Mot1nBuilder等，也可以通过动作捕捉设备获取，如Mot1nAlaysi