行为建模技术在虚拟现实技术中的应用

几何建模与物理建模相结合，可以部分实现虚拟现实“看起来真实、动起来真实”的特征，而要构造一个能够逼真地模拟现实世界的虚拟环境，必须采用行为建模方法。

在虚拟现实应用系统中，很多情况下要求仿真自主智能体应具有一定的智能性，所以又称为“Agent建模”，它负责物体的运动和行为的描述。如果几何建模是虚拟现实建模的基础，行为建模则真正体现出虚拟现实的特征：一个虚拟现实系统中的物体若没有任何行为和反应，则这个虚拟世界是静止的，是没有生命力的，对于虚拟现实用户是没有任何意义的。

行为建模技术主要研究的是物体运动的处理和对其行为的描述，体现了虚拟环境中建模的特征。也就是说，行为建模在创建模型的同时，不仅赋予模型外形、质感等表现特征，同时也赋予模型物理属性和“与生俱来”的行为与反应能力，并且服从一定的客观规律。虚拟环境中的行为动画与传统的计算机还是有很大的不同的，这主要表现在两个方面：一是在计算机动画中，动画制作人员可以控制整个动画的场景，而在虚拟环境中，用户与虚拟环境可以以任何方式进行自由交互；二是在计算机动画中，动画制作人员可以完全计划动画中物体的运动过程，而在虚拟环境中，设计人员只能规定在某些特定条件下物体如何运动。

在虚拟环境行为建模中，建模方法主要有基于数值插值的运动学方法与基于物理的动力学仿真方法。

1.运动学方法

运动学方法是指通过几何变换如物体的平移和旋转等来描述运动。在运动控制中，无须知道物体的物理属性。在关键帧动画中，运动是通过显示指定几何变换来实施的，首先设置几个关键帧，以此来区分关键的动作，其他动作可通过内插等方法来完成。

关键帧动画的概念来自传统的卡通片制作。在动画制作中，动画师设计卡通片中的关键画面，即关键帧。然后由助理动画师设计中间帧。在三维计算机动画中，计算机利用插值方法设计中间帧。另一种动画设计方法是样条驱动动画，用户给定物体运动的轨迹样条。(www.xing528.com)

由于运动学方法产生的运动是基于几何变换的，复杂场景的建模将显得比较困难。

2.动力学仿真方法

动力学运用物理定律而非几何变换来描述物体的行为。在该方法中，运动是通过物体的质量和惯性、力和力矩及其他的物理作用计算出来的。这种方法的优点是对物体运动的描述更精确，运动更加自然。

与运动学相比，动力学方法能生成更复杂、更逼真的运动，并且需要指定的参数较少。但是计算量很大，并且难以控制。动力学方法的一个重要问题是对运动的控制。若没有有效的控制，用户就必须提供力和力矩的控制指令，这几乎是不可能的。常见的控制方法有预处理法与约束方程法。

采用运动学动画与动力学仿真都可以模拟物体的运动行为，但各有其优越性和局限性。运动学动画技术可以做得很真实和高效，但相对应用面不广，而动力学仿真技术利用真实规律精确描述物体的行为，比较注重物体之间的相互作用，较适合物体之间交互较多的环境建模。