專利名稱：虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法與系統(tǒng)及其尋路方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動尋路技術(shù)，特別是涉及一種虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法與系統(tǒng)及其尋路方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在虛擬場景中，從起始點到目標(biāo)點之間為角色尋找一條最優(yōu)路徑(尋路)的問題是游戲開發(fā)、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、機器人研究、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域的基本問題。實時戰(zhàn)略游戲與動作游戲中的尋路方法，一般先根據(jù)地形生成一張導(dǎo)航圖，它實際上是一個抽象的圖結(jié)構(gòu)，然后用搜索算法在該圖上搜索得到路徑。在對角色的智能要求較高的游戲客戶端軟件中，目前采用較多的方法是由關(guān)卡設(shè)計師手工放置路點，然后由計算機根據(jù)這些路點和場景的阻擋信息，自動生成連接這些路點的網(wǎng)絡(luò)，最后在該網(wǎng)絡(luò)上采用搜索算法尋找到一條路徑。因此，尋路問題的關(guān)鍵在于生成這個導(dǎo)航圖，有了這個圖，可以采用人工智能中的經(jīng)典算法，如A*算法、Dijkstra算法搜索該圖，從而尋找到一條路徑，而導(dǎo)航圖的生成的關(guān)鍵在于路點的設(shè)置。虛擬場景是由地形和空間物體模型構(gòu)成，以往由關(guān)卡設(shè)計師手動擺放路點的方案中，在地形擺放路點這個步驟已經(jīng)可以由計算機來自動完成了。具體，只要控制一個表示路點疏密的因子，這些路點完全可以由計算機均勻的分布到地形上，因為純地形的場景是很簡單的，用二維OD)網(wǎng)格圖的方法就可以處理，即把地形劃分成二維網(wǎng)格，如四方網(wǎng)格或者六方網(wǎng)格，在每個網(wǎng)格中心放置一個路點即可。而對于空間物體的路點設(shè)置，計算機就很難自動生成，這是因為空間物體的屬性是三維的，例如樓梯、橋梁、建筑物等，其很難用網(wǎng)格的方法進行處理，因而，目前采用的方法仍然是人工放置路點的方法。然而這種人工放置路點的方法存在一定的缺陷，尤其是對于場景巨大而且復(fù)雜的情況，人工放置的方法很難及時準確的生成導(dǎo)航圖，而且很容易出錯。為此，隨著游戲場景的日益絢爛，復(fù)雜度日益增加，如何在三維虛擬場景利用計算機自動生成路點，已經(jīng)成為業(yè)界亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種自動尋路方法與系統(tǒng)及其導(dǎo)航圖自動生成方法與系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有三維虛擬場景中導(dǎo)航圖自動生成困難的問題。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法，包括在建立虛擬空間的物體模型的同時，標(biāo)記該物體模型的屬性；讀取所標(biāo)記的屬性信息，并利用該屬性信息自動生成導(dǎo)航圖。進一步的，所述物體模型的屬性包括幾何屬性和物理屬性。進一步的，所述自動生成導(dǎo)航圖的步驟包括導(dǎo)航圖頂點的生成與導(dǎo)航圖邊的生成步驟。
4
進一步的，導(dǎo)航圖頂點包括基礎(chǔ)頂點和采樣頂點，基礎(chǔ)頂點直接從所標(biāo)記的屬性信息中讀取，采樣頂點通過在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得。進一步的，所述采樣頂點通過對每兩個可見基礎(chǔ)頂點的中點進行采樣獲得。進一步的，所述導(dǎo)航圖邊的生成步驟根據(jù)之前生成的導(dǎo)航圖頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。本發(fā)明另提供一種虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其包括存儲裝置，其內(nèi)存儲有虛擬空間的物體模型屬性標(biāo)記文件；導(dǎo)航圖生成裝置，讀取存儲裝置內(nèi)的物體模型屬性標(biāo)記文件，并根據(jù)該文件自動生成導(dǎo)航圖。進一步的，所述物體模型屬性標(biāo)記文件中包括物體模型的幾何屬性和物理屬性。進一步的，所述導(dǎo)航圖生成裝置包括頂點生成單元和邊生成單元。進一步的，所述頂點生成單元包括頂點集合，其內(nèi)存儲有從物體模型屬性標(biāo)記文件中讀取的基礎(chǔ)頂點；采樣單元，在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得采樣頂點，并將采樣頂點添加入頂點集合。進一步的，所述采樣頂點為對應(yīng)的兩個可見基礎(chǔ)頂點之間的中點。進一步的，所述邊生成單元讀取頂點集合內(nèi)的頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。本發(fā)明還提供一種虛擬空間自動尋路方法，包括在建立虛擬空間的物體模型的同時，標(biāo)記該物體模型的屬性；讀取所標(biāo)記的屬性信息，并利用該屬性信息自動生成導(dǎo)航圖；依據(jù)所標(biāo)記的屬性信息，確定尋路函數(shù)，在所生成的導(dǎo)航圖上自動尋路。進一步的，所述物體模型的屬性包括幾何屬性和物理屬性。進一步的，所述自動生成導(dǎo)航圖的步驟包括導(dǎo)航圖頂點的生成與導(dǎo)航圖邊的生成步驟。進一步的，導(dǎo)航圖頂點包括基礎(chǔ)頂點和采樣頂點，基礎(chǔ)頂點直接從所標(biāo)記的屬性信息中讀取，采樣頂點通過在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得。進一步的，所述采樣頂點通過對每兩個可見基礎(chǔ)頂點的中點進行采樣獲得。進一步的，所述導(dǎo)航圖邊的生成步驟根據(jù)之前生成的導(dǎo)航圖頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。本發(fā)明另提供一種虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，包括存儲裝置，其內(nèi)存儲有虛擬空間的物體模型屬性標(biāo)記文件；導(dǎo)航圖生成裝置，讀取存儲裝置內(nèi)的物體模型屬性標(biāo)記文件，并根據(jù)該文件自動生成導(dǎo)航圖；尋路裝置，依據(jù)所標(biāo)記的屬性信息，確定尋路函數(shù)，在所生成的導(dǎo)航圖上自動尋路。進一步的，所述物體模型屬性標(biāo)記文件中包括物體模型的幾何屬性和物理屬性。進一步的，所述導(dǎo)航圖生成裝置包括頂點生成單元和邊生成單元。進一步的，所述頂點生成單元包括頂點集合，其內(nèi)存儲有從物體模型屬性標(biāo)記文件中讀取的基礎(chǔ)頂點；采樣單元，在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得采樣頂點，并將采樣頂點添加入頂點集合。進一步的，所述采樣頂點為對應(yīng)的兩個可見基礎(chǔ)頂點之間的中點。進一步的，所述邊生成單元讀取頂點集合內(nèi)的頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。
綜上所述，本發(fā)明引入模型標(biāo)記的概念，對虛擬空間內(nèi)的物體做適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，形式化的描述下來，這樣計算機可以根據(jù)標(biāo)記自動生成路點，從而生成導(dǎo)航圖如此，大大減少了手工工作量，提高了尋路系統(tǒng)的可靠性。


圖1為本發(fā)明一實施例所提供的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明一實施例所提供的虛擬空間自動尋路方法的流程示意圖；圖3為本發(fā)明一具體實例中虛擬空間實體的分類及其層次關(guān)系；圖4為本發(fā)明一實施例中應(yīng)用Bowyer-Watson算法形成新Delaunay三角形的過程示意圖；圖5為本發(fā)明一實施例所提供的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明一實施例所提供的虛擬空間自動尋路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉示例性實施例，并配合附圖，作詳細說明如下?，F(xiàn)有三維虛擬場景中，導(dǎo)航圖的生成往往依靠手動放置路點，這種方式對于場景巨大且復(fù)雜的三維空間，很難及時準確的生成導(dǎo)航圖，而且很容易出錯?？紤]到導(dǎo)航圖的重要性和構(gòu)造的困難性，本發(fā)明引入模型標(biāo)記的概念，對虛擬空間內(nèi)的物體做適當(dāng)?shù)臉?biāo)記，形式化的描述下來，這樣計算機可以根據(jù)標(biāo)記自動生成路點，從而生成導(dǎo)航圖如此，大大減少了手工工作量，提高了尋路系統(tǒng)的可靠性。具體，本發(fā)明把與模型相關(guān)的路點作為模型不可分割的一部分，在建模時就已經(jīng)加以考慮、規(guī)劃并制作。路點的信息無需顯示出來，只是一個標(biāo)記，可以讓程序獲得路點的信息即可，目前大多三維建模軟件如3DMax都支持用戶定義一些額外的信息，利用這些工具，完全可以在創(chuàng)作模型的時候就把尋路信息作為一項基本要素加入，程序查詢這些信息，自動生成和地形路點一樣的結(jié)構(gòu)，那么所有的路點就可以統(tǒng)一處理了。有了這些路點，就可以由計算機自動生成導(dǎo)航圖，并根據(jù)阻擋信息進行尋路了。具體，如圖1所示，本發(fā)明提供了虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法，包括步驟SllO 在建立虛擬空間的物體模型的同時，標(biāo)記該物體模型的屬性；步驟S120 而后在需要生成導(dǎo)航圖時，便可以讀取所標(biāo)記的屬性信息，并利用該屬性信息自動生成導(dǎo)航圖。同時，如圖 2，本發(fā)明還提供了對應(yīng)的虛擬空間自動尋路方法，其在建立虛擬空間的物體模型的同時， 標(biāo)記該物體模型的屬性(步驟S210 )，屬性的標(biāo)記即考慮到了角色在尋路時各方面的需要，有的是為了導(dǎo)航圖的自動生成，有的是為了確定尋路算法(例如，A*算法)中的啟發(fā)式函數(shù)。這樣，計算機可以直接讀取所標(biāo)記的屬性信息，并利用該屬性信息自動生成導(dǎo)航圖 (步驟S220:)；依據(jù)所標(biāo)記的屬性信息，確定尋路函數(shù)，在所生成的導(dǎo)航圖上自動尋路(步驟 S230 )。下面通過實施例詳細給出該方法的工作機制，如模型需要標(biāo)記那些內(nèi)容、如何分類等。1.物體模型屬性的標(biāo)記
虛擬空間中是對三維場景所表示的空間的一種分類，例如場景中包含哪些實體？ 這些實體有什么屬性？實體之間是如何交互的？具體來說，虛擬空間實體包括1)類表示場景中的各種不同實體，如建筑物、道路、橋梁、障礙物、樹木、河流、天
氣、聲音、光線等；2)屬性用屬性來詳細的描述實體，除了描述實體的長度、寬度等幾何屬性外，虛擬空間實體更強調(diào)的物理屬性如可見度、通行寬度、通行級、隱蔽級、掩蔽級等；3)關(guān)系描述實體與其他實體之間的交互性，例如子彈擊中墻后會冒煙等。圖3給出了虛擬空間實體的分類及其層次關(guān)系。在諸多實體中，與尋路相關(guān)的一個是空間物體，它對應(yīng)模型路點，另一個是地形物體，它對應(yīng)地形路點，是可以自動生成的。空間物體需要標(biāo)記它的尋路屬性，包括幾何屬性和物理屬性，以供程序直接訪問， 以下羅列出一些需要考慮的屬性，其需要在建立模型的同時予以標(biāo)記，以便后續(xù)導(dǎo)航圖建立和尋路時使用 場景的邊界由一系列場景邊界關(guān)鍵頂點組成，用以確定場景的邊界。 中心點場景中物體的中心點坐標(biāo)； 關(guān)鍵點確定物體能夠可達的一些主要頂點的坐標(biāo)； 外部包圍盒由一系列物體外部的關(guān)鍵頂點組成，用以確定物體的外部輪廓； 出入口外側(cè)頂點內(nèi)部可以通行的物體，與外界有出入口相通，出入口外側(cè)頂點標(biāo)記出入口的外側(cè)坐標(biāo)； 出入口內(nèi)側(cè)頂點出入口內(nèi)側(cè)頂點標(biāo)記出入口的內(nèi)側(cè)坐標(biāo)； 通行寬度對于道路，橋梁，出入口等，通行寬度是一個約束條件，可以限制不同種類角色的通行路徑，例如人物主角與車輛或坐騎的路徑會不同； 通行級角色在其上通行的代價，例如上坡下坡的代價不同； 隱蔽級物體對角色的隱蔽程度，例如戰(zhàn)壕和樹木都可以提供不同的隱蔽級； 掩蔽級角色遭到攻擊時物體提供的保護程度，例如石塊和樹木提供不同的掩蔽級； 通行負載物體對在其上通過的角色的承載能力； 火力半徑火力點如機槍塔、碉堡等需要標(biāo)記火力的有效攻擊范圍； 火力強度火力點的火力殺傷的強度。表1給出了一些物體模型所標(biāo)記的屬性的實例，如下表 1
權(quán)利要求
1.一種虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法，其特征是，包括在建立虛擬空間的物體模型的同時，標(biāo)記該物體模型的屬性；讀取所標(biāo)記的屬性信息，并利用該屬性信息自動生成導(dǎo)航圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航圖自動生成方法，其特征是，所述物體模型的屬性包括幾何屬性和物理屬性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航圖自動生成方法，其特征是，所述自動生成導(dǎo)航圖的步驟包括導(dǎo)航圖頂點的生成與導(dǎo)航圖邊的生成步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)航圖自動生成方法，其特征是，導(dǎo)航圖頂點包括基礎(chǔ)頂點和采樣頂點，基礎(chǔ)頂點直接從所標(biāo)記的屬性信息中讀取，采樣頂點通過在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)航圖自動生成方法，其特征是，所述采樣頂點通過對每兩個可見基礎(chǔ)頂點的中點進行采樣獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)航圖自動生成方法，其特征是，所述導(dǎo)航圖邊的生成步驟根據(jù)之前生成的導(dǎo)航圖頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。
7.—種虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其特征是，包括存儲裝置，其內(nèi)存儲有虛擬空間的物體模型屬性標(biāo)記文件；導(dǎo)航圖生成裝置，讀取存儲裝置內(nèi)的物體模型屬性標(biāo)記文件，并根據(jù)該文件自動生成導(dǎo)航圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其特征是，所述物體模型屬性標(biāo)記文件中包括物體模型的幾何屬性和物理屬性。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其特征是，所述導(dǎo)航圖生成裝置包括頂點生成單元和邊生成單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其特征是，所述頂點生成單元包括頂點集合，其內(nèi)存儲有從物體模型屬性標(biāo)記文件中讀取的基礎(chǔ)頂點；采樣單元，在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得采樣頂點，并將采樣頂點添加入頂點集合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其特征是，所述采樣頂點為對應(yīng)的兩個可見基礎(chǔ)頂點之間的中點。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成系統(tǒng)，其特征是，所述邊生成單元讀取頂點集合內(nèi)的頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。
13.—種虛擬空間自動尋路方法，其特征是，包括在建立虛擬空間的物體模型的同時，標(biāo)記該物體模型的屬性；讀取所標(biāo)記的屬性信息，并利用該屬性信息自動生成導(dǎo)航圖；依據(jù)所標(biāo)記的屬性信息，確定尋路函數(shù)，在所生成的導(dǎo)航圖上自動尋路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的虛擬空間自動尋路方法，其特征是，所述物體模型的屬性包括幾何屬性和物理屬性。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的虛擬空間自動尋路方法，其特征是，所述自動生成導(dǎo)航圖的步驟包括導(dǎo)航圖頂點的生成與導(dǎo)航圖邊的生成步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的虛擬空間自動尋路方法，其特征是，導(dǎo)航圖頂點包括基礎(chǔ)頂點和采樣頂點，基礎(chǔ)頂點直接從所標(biāo)記的屬性信息中讀取，采樣頂點通過在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的虛擬空間自動尋路方法，其特征是，所述采樣頂點通過對每兩個可見基礎(chǔ)頂點的中點進行采樣獲得。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的虛擬空間自動尋路方法，其特征是，所述導(dǎo)航圖邊的生成步驟根據(jù)之前生成的導(dǎo)航圖頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。
19.一種虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，其特征是，包括存儲裝置，其內(nèi)存儲有虛擬空間的物體模型屬性標(biāo)記文件；導(dǎo)航圖生成裝置，讀取存儲裝置內(nèi)的物體模型屬性標(biāo)記文件，并根據(jù)該文件自動生成導(dǎo)航圖；尋路裝置，依據(jù)所標(biāo)記的屬性信息，確定尋路函數(shù)，在所生成的導(dǎo)航圖上自動尋路。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，其特征是，所述物體模型屬性標(biāo)記文件中包括物體模型的幾何屬性和物理屬性。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，其特征是，所述導(dǎo)航圖生成裝置包括頂點生成單元和邊生成單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，其特征是，所述頂點生成單元包括頂點集合，其內(nèi)存儲有從物體模型屬性標(biāo)記文件中讀取的基礎(chǔ)頂點； 采樣單元，在每兩個可見基礎(chǔ)頂點之間進行采樣獲得采樣頂點，并將采樣頂點添加入頂點集合。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，其特征是，所述采樣頂點為對應(yīng)的兩個可見基礎(chǔ)頂點之間的中點。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的虛擬空間自動尋路系統(tǒng)，其特征是，所述邊生成單元讀取頂點集合內(nèi)的頂點，利用不規(guī)則三角網(wǎng)生成導(dǎo)航圖的邊。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種虛擬空間導(dǎo)航圖自動生成方法與系統(tǒng)及其尋路方法與系統(tǒng)，在建立虛擬空間的物體模型的同時，標(biāo)記該物體模型的屬性；從而在利用所標(biāo)記的屬性信息自動生成導(dǎo)航圖；并利用該信息，確定尋路函數(shù)，在所生成的導(dǎo)航圖上自動尋路。可見，本發(fā)明在場景建模的過程中同時標(biāo)記了物體模型的屬性，而后由計算機根據(jù)所標(biāo)記的屬性來自動生成導(dǎo)航圖，大大減少了手工工作量，提高了尋路系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號G09B29/00GK102306106SQ201110253549
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者丁振, 任立群 申請人:盛趣信息技術(shù)(上海)有限公司