计算机图形学：角色群组仿真的应用前景与挑战

回归本书的主题，群组仿真是做什么的？虚拟现实是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。在这个计算机生成的世界里，人物或者动物角色是这个世界中的重要组成部分，“有人或者有动物的地方，才是有生机的地方”，在角色仿真的应用中，甚至植物或者一切具备动态特征的物体，都可以看做是角色。

计算机角色仿真就是针对虚拟现实世界中的各类角色仿真方法进行研究的一个方向，它是虚拟现实与图形学领域的一个热点研究方向，与泛指意义上的虚拟现实有所区别的是，计算机生成角色仿真更重要的是研究场景中各类角色的运动仿真、行为仿真以及角色与静态场景的交互作用。

人、物以及其他各种运动角色是虚拟世界中的重要表现内容，而如何客观真实地表现这些角色是虚拟现实研究的一个核心问题。角色群组仿真是指在计算机生成空间（虚拟环境）中高效、逼真地展示大规模的角色——尤其是人物角色的运动行为。由于人们在物理、感知和交互等方面的基础性和主导性，使得对这些角色的运动仿真成为这个领域中的重要研究课题之一。

随着计算机特效技术的广泛应用，典型的例子就是数字电影特效在大众电影中的普及性使用以及游戏特效在网络游戏中的应用等，近几年人们的欣赏水平被极大提高，比如人们在看电影时追求大场面、高逼真的效果；比如在玩游戏时追求震撼、刺激的感受。这些都给角色仿真技术提出了新的要求，而这些电影特效的发展以及电子游戏的需求也在强力地推动着这一方向的研究。(www.xing528.com)

群组仿真技术，也称为角色群组仿真技术或角色群组仿真技术，是指在虚拟场景中具备数量巨大的计算机生成角色时，针对角色仿真过程中所研究的一些特定的技术，如角色运动技术、大规模角色快速变形技术、大规模角色动作驱动技术、大规模角色快速绘制技术。

近年来，群组运动角色的仿真技术已逐渐扩展到模拟训练、教育教学等领域，利用角色仿真技术实现的社会活动模拟、紧急事件演习、虚拟文艺表演等应用开始崭露头角。如在2008年北京奥运会的开幕式上，每个运动角色有预设的路线和动作，几千个角色共同达到一个整体效果。这样的应用每一次排演的准备时间和排练时间都很长，对于导演的想象发挥形成很大的限制。借助于数字表演和仿真技术开发的虚拟编排系统，极大地缩短了演员之间的协调训练时间，可以提前发现问题，并修改其中的不足，达到最佳效果。

这些应用演绎出了人类无法通过直观思考获得的虚拟世界，为虚拟现实技术打开了一个新的应用之门，但这些应用都不可避免地面临一个问题——场景中的运动角色数量巨大，使得整个仿真过程变得极其艰难。与其他虚拟现实应用相比，角色群组仿真所需的场景规模大、涉及的角色数量多，从而造成计算量大、仿真困难等问题。角色群组仿真过程中所涉及的单项技术，在虚拟现实领域已经有研究者们提供了相应的解决方案，但随着计算机生成角色数量的增多，这些方案又面临着各种各样的局限和不足，这就使得研究者们又继续推动相关的研究。