复杂场景中基于虚拟空间本体的路径规划方法

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为了提高指挥人员在应付各种突发事件中的分析问题、制定预案和现场指挥的能力,我军组织开发特种作战训练软件,在虚拟的战场环境中,通过各方兵力的部署和战斗推演,达到训练的目的。路径规划是特种作战训练软件中的基本模块之一,它为Agent(计算机生成兵力,如虚拟战士、恐怖分子等)规划完成特种作战任务安全的、最短的路径。路径规划问题通常包含两个子问题:一个子问题是地形的表示,它是将Agent所处的虚拟战场环境中的地形映射为一张导航图;另一个子问题是设计高效的路径规划算法,该算法以导航图为基础,在导航图上搜索出一条符合作战要求的路径,Agent将沿着这条路径完成任务。   对于地形的表示,本文用导航图来表示虚拟战场环境中的地形。导航图往往由场景(虚拟战场环境的三维模型)的建模人员手工将场景分割成区域或者指定顶点来生成。特种作战训练软件中的虚拟战场环境是复杂场景,不但场景的范围很大,而且场景的细节丰富,参与特种作战的Agent往往需要利用这些细节如壕沟、树木、墙角进行躲避、掩护等来完成作战任务。显然,用手工方法生成复杂场景的导航图工作量大而且容易出错。所以,本文提出虚拟空间本体来标记虚拟空间中实体的属性和关系,由计算机根据场景的几何属性和虚拟空间本体来自动生成导航图。这样生成的导航图其分辨率可以根据场景和虚拟空间本体来动态调整。Agent利用几何特征和虚拟空间本体进行路径规划。   对于路径规划算法,由于特种作战训练软件中的路径规划是战术式路径规划,即在寻找最短路径的基础上更要考虑路径的安全性,要避开敌方的火力点的威胁,A*算法中的启发式函数可以兼顾路径的安全与最短的要求,因此,特种作战训练软件中的路径规划算法采用A*算法。本文给出了用作战术式路径规划的A*算法的启发式函数的设计,并使用该算法结合导航图为虚拟战场环境中的Agent规划一条完成作战任务的安全的、最短的路径。   最后本文介绍了特种作战训练软件中路径规划模块的设计与实现,并讨论了多Agent路径规划中如何按照军事规则保持队形的问题。  
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