游戏化仿真培训系统中虚拟角色技术研究

发布时间：2017-09-08 08:00

  本文关键词：游戏化仿真培训系统中虚拟角色技术研究

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【摘要】：游戏化仿真培训系统可用于员工在井下作业前的培训和再提高培训。传统的培训方式已经满足不了现今油田的培训需求,虚拟环境下的仿真培训系统因其安全性高、交互性强和可重复操作等特点,在油田作业安全培训领域所发挥的作用正在被人们所关注。本文根据行为主义学习理论主张的刺激与反应之间的联系,让学习者形成正确的联结并加以巩固;认知主义学习理论提倡注重学习者原有积累的经验和对具体问题具体分析的理解,使学习者在原有经验知识的基础上建构新的认知结构;建构主义学习理论强调“情境”要素在构建学习环境时的重要性,要为学习者创设与实际情境相结合的学习环境,激发学习者学习的积极性;人本主义学习理论和视觉心理学理论要求系统的开发设计要紧密联系学习者的学习兴趣,对于一些疑难知识点,不仅限用文字进行描述,还应转化为形象的动画来辅助学习者确立学习内容。本文针对传统培训方式的不足,从井下作业培训需求出发,以相关教育理论和虚拟角色建模技术为指导,基于Unity3D开发平台,采用C#作为开发语言,设计并开发了用于油田工人井下作业的岗前培训和再提高培训游戏化仿真培训系统。此外,针对移动设备,为自适应不同屏幕分辨率,根据开发环境的屏幕分辨率与运行设备的屏幕分辨率,计算出缩放系数,根据不同屏幕分辨率进行界面UI控件、文字自适应的研究结果,在不同屏幕分辨率上,界面均得到了等比例缩放。在三维虚拟场景中,对静态人物模型进行运动控制,能够增加整个虚拟场景的生动性,而且为人机交互功能的实现奠定了基础。虚拟角色动作制作过程中涉及到角色建模和运动控制等相关技术,在虚拟场景中需要为角色进行路径规划。在虚拟角色技术研究及应用方面,主要包括虚拟角色的创建和运动控制。其中运动控制又包括虚拟角色基于有限状态机的动作转换和场景中的路径规划。在虚拟场景中涉及到虚拟角色建模的精细度、动作的逼真度以及路径规划、碰撞检测等相关技术问题。
【关键词】：游戏化 虚拟角色 运动控制 仿真培训
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：G434;G726
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 创新点摘要7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11
• 1.2 游戏化仿真培训系统概述11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国内外虚拟现实技术在教育中的应用研究12-13
• 1.3.2 国内外计算机虚拟角色设计研究13
• 1.3.3 国内外游戏化教育系统的研究13-14
• 1.4 游戏化仿真培训系统在教育中的应用14-16
• 1.4.1 游戏化仿真培训系统概述14-15
• 1.4.2 游戏化仿真培训系统和普通游戏软件的区别15
• 1.4.3 虚拟角色在游戏化仿真培训系统中的作用15-16
• 1.5 论文结构16-17
• 第二章 相关理论及开发工具概述17-21
• 2.1 虚拟现实技术17-18
• 2.1.1 虚拟现实技术简介17
• 2.1.2 虚拟现实技术的特征17
• 2.1.3 虚拟现实技术在教育中的应用17-18
• 2.2 系统设计开发依据的相关教育理论18-20
• 2.2.1 行为主义学习理论18
• 2.2.2 认知主义学习理论18
• 2.2.3 建构主义学习理论18-19
• 2.2.4 人本主义学习理论19
• 2.2.5 视觉心理学理论19-20
• 2.3 系统开发工具20
• 2.3.1 3DS Max建模软件20
• 2.3.2 Unity3D游戏开发平台20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 游戏化仿真培训系统的设计21-29
• 3.1 游戏化仿真培训系统开发概述21
• 3.2 游戏化仿真培训系统的教学设计21-22
• 3.2.1 分析培训对象21-22
• 3.2.2 培训目标和培训内容22
• 3.3 游戏化仿真培训系统的整体设计22-28
• 3.3.1 游戏化仿真培训系统总体框架设计22-23
• 3.3.2 游戏化仿真培训系统开发流程23-24
• 3.3.3 游戏化仿真培训系统功能模块设计24-25
• 3.3.4 游戏化仿真培训内容分析25-26
• 3.3.5 游戏化仿真培训系统交互性的用户操作设计26-27
• 3.3.6 游戏化仿真培训系统中虚拟角色功能设计27-28
• 3.4 本章小结28-29
• 第四章 虚拟角色的创建及动作制作29-40
• 4.1 虚拟角色的特性29-30
• 4.1.1 虚拟角色设计的真实性29
• 4.1.2 虚拟角色设计的虚拟性29
• 4.1.3 虚拟角色设计的动态性29-30
• 4.2 虚拟角色的设计制作30-34
• 4.2.1 虚拟角色的骨骼结构30
• 4.2.2 虚拟角色建模的拓扑结构原则30-32
• 4.2.3 多边形建模方式32-33
• 4.2.4 曲面建模方式33
• 4.2.5 虚拟角色UV坐标的展开及贴图的绘制33-34
• 4.3 虚拟角色的蒙皮绑定34-36
• 4.3.1 蒙皮修改器34-35
• 4.3.2 骨骼封套调整35-36
• 4.4 虚拟角色的运动控制技术36-38
• 4.4.1 行走的运动规律剖析36
• 4.4.2 3DS Max内嵌的足迹动画36-37
• 4.4.3 骨骼关键帧插值的制作方式37-38
• 4.4.4 蒙皮骨骼动画算法38
• 4.5 本章小结38-40
• 第五章 游戏化仿真培训系统中虚拟角色的应用40-55
• 5.1 游戏化仿真培训系统场景搭建40-44
• 5.1.1 3DS Max中场景建模40
• 5.1.2 Unity3D中场景导入40-41
• 5.1.3 虚拟角色及动作导入三维场景41-42
• 5.1.4 人机交互界面设计42-43
• 5.1.5 场景操作（文字、音频提示、动作指示）43-44
• 5.2 虚拟角色在系统中的控制44-49
• 5.2.1 用户操控的虚拟角色45
• 5.2.2 非用户操控的虚拟角色45
• 5.2.3 基于有限状态机的虚拟角色动作转换45-46
• 5.2.4 基于网格寻路的虚拟角色运动路径规划46-49
• 5.2.5 碰撞检测技术49
• 5.3 游戏化仿真培训系统在Android移动端的应用49-54
• 5.3.1 Android设备屏幕分类49-51
• 5.3.2 屏幕像素密度无关51
• 5.3.3 Android屏幕分辨率的自适应51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 发表文章目录59-60
• 致谢60-61

【参考文献】

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1 张梦柔;;行为主义在小学教育中的应用探索[J];才智;2015年28期

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本文编号：812814