基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法及系统，包括避免视觉方面的“恐怖谷”效应和触觉方面的“恐怖谷”效应。在避免视觉“恐怖谷”方面，加入虚拟人物库模块，在避免触觉“恐怖谷”方面，加入人物声音及环境声音采集库模块和碰撞视觉模糊模块，有效减少和避免了视觉和触觉“恐怖谷”给人带来的不适以及沉浸感的丢失，因此使人群仿真更有人的自然的表现，更能让人身临其境，有较高的真实性。

【技术实现步骤摘要】
基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法和系统
本专利技术涉及一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法和系统。
技术介绍
随着社会的发展和人类的进步，人口的数量也不断的增长，人们出行在各大公共场所的几率也越来越高，遭遇拥堵也是经常发生的事情，人多的地方就容易出现各种问题。目前社会对人群仿真的需求日益增加，尤其对高仿真度，高人群多样性，高真实性，高交互性，高计算效率的人群仿真需求量逐渐增大，现在对人群的仿真已经比较真实可观。虚拟现实技术是一种新兴的数字化人机接口，虚拟现实技术经过虚拟现实元年的爆发，不断有新技术新设备的出现，快速的缩短了虚拟现实与我们大众的距离。虚拟现实技术不断渗透到各个领域，同样的在影视、游戏、教育、医疗等领域给人们带来逼真的体验和高效的学习工作效率。随着硬件水平的提高，大家对具有高仿真度，高真实性，高多样性的人群仿真的需求也越来越高。虽然人群仿真已经有很多系统和模型，但是人群仿真仍然存在较多的问题，如缺乏高仿真度高真实性和高多样性的仿真系统，如真实性不高，缺乏人群多样性等问题。目前仍然不能满足人们对高仿真度系统的需求。如何能够建立一个有较高真实度且自然的人群的仿真系统仍然是一大问题。“Theuncannyvalley”即“恐怖谷”效应，即当人造的类人物跟真人的相似度达到一定程度的时候，人类对类人物的好感度反而随相似度的增加而减少，甚至产生厌恶感，令人感到害怕，如图3所示。最近公布的一项研究调查表明在触觉方面同样存在触觉“恐怖谷”效应，如图4所示。在人群仿真方面为了增加人群仿真的高真实度同样会遇到经典的“恐怖谷”效应，同样基于虚拟现实的人群仿真系统也会遇到触觉的“恐怖谷”效应，如何避免或者缓解“恐怖谷”效应给人带来的不适仍然是一大问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法和系统，本专利技术通过在视觉方面和触觉方面共同避免“恐怖谷”效应，有效减少和避免了恐怖谷效应给人带来的不适以及沉浸感的丢失，具有更好的真实性和临场感。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的第一目的是提供一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，包括以下步骤：建立建筑物及障碍物模型库以保存建筑物及障碍物模型库；存储采集来的人物和环境的声音，包括人物行走、跑步与说话各个情景下产生的声音，以及人物所处场景下的环境音；对被采集人的身形、体貌、性别、年龄、身体健康状况和体能各项信息进行统计，并建立起相应的人物模型，并将采集的各类信息添加到人物模型当中，生成真实人物角色；收集人物所具有的属性，包括人的移动速度、跌倒爬起到恢复正常行走的最短时间各种真人的属性；生成高仿真度人物角色，或调用真实人物资料库中的人物角色；针对视觉恐怖谷效应，存放对高仿真度人物角色进行处理后的虚拟人物，对真人在虚拟现实中的虚拟形象保留除脸部表情以外的其他特征，利用遮盖物对虚拟人的面部进行遮挡；对虚拟人物发生的碰撞进行检测，当检测到人物碰撞时，对碰撞处进行视觉模糊处理；将建筑物及障碍物模型和高仿真度人物角色组合起来，从而建立起包含人物在内的虚拟现实情景，利用虚拟设备进行测试，进行各项指标的统计和检测，并对实时数据进行记录保存。进一步的，通过虚拟现实设备进入虚拟世界，按事先的计划如测试对某建筑物或场所的人群疏散、多条路径比较及路径规划、公共场所人群流动控制虚拟人物进行测试。进一步的，多种路径的优化采用变维粒子群优化算法进行优化。进一步的，变维粒子群优化多种路径的具体过程包括：对粒子群初始化，使得初始时刻每个粒子在超空间中的位置是随机的；通过每个粒子的当前位置评价其性能；比较每个个体的当前性能与其至今有过的最好性能，如果当前性能小于其至今有过的最好性能，则将至今有过的最好性能赋值为当前性能，对应的位置进行替换；把每个粒子的性能与全局最佳雷子的性能进行比较，如果当前性能小于全局最佳雷子的性能，则将全局最佳雷子的性能赋值为当前性能，对应的位置进行替换；改变粒子的速度矢量，把每个粒子移至新的位置，不断重复上述优化过程，重复递归直至收敛。进一步的，粒子维度的一致性对应路径节点数目的相同，粒子产生的解由起点到终点的路径节点表示而成，将环境地图划分为网格，依照网格范围产生或者合并路径节点来修改最优解，使其同粒子上一时刻位置维数一致。本专利技术的第二目的是提供一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真系统，包括：建筑物模型库模块，被配置为存储有各类建筑物模型和障碍物模型；具有形体差异的人物模型库模块，被配置为存储各种形体差异的人物模型；人物属性库模块，被配置为存储有包含人物所具有的属性，包括人的移动速度、跌倒爬起到恢复正常行走的最短时间的各种真人属性以及对真人进行动作捕捉和表情捕捉的动作和表情数据；人物声音及环境声音采集库模块，被配置为存储采集来的人物和环境的声音；虚拟现实情景设置模块，被配置为在建筑物模型库中选取建筑物和障碍物模型，选择人物角色，构建出所需要的包括建筑物、障碍物和人的完整情景；碰撞视觉模糊模块，被配置为对虚拟人物发生的碰撞进行检测，当检测到人物碰撞时对碰撞处进行视觉模糊处理；虚拟现实设备模块以及系统评测检测模块，被配置为将建筑物及障碍物模型和高仿真度人物角色组合起来，利用虚拟设备进行测试，进行各项指标的统计和检测，并对实时数据进行记录保存。进一步的，所述人物声音及环境声音采集库模块存储采集来的人物和环境的声音，包括人物行走、跑步和说话各个情景下产生的声音，以及人物所处场景下的环境音，包括风吹草动的环境音,通过精确定位的声音缓解触觉恐怖谷效应。进一步的，所述碰撞视觉模糊模块对虚拟人物发生的碰撞进行检测，当检测到人物碰撞时，包括人体碰撞到其他人、碰撞到建筑物或碰撞到障碍物的一切碰撞，对碰撞处进行视觉模糊处理。进一步的，所述人物属性库模块，包括具有高仿真度人物角色库模块，根据系统要求使用真实人物资料库里面的高仿真度人物角色，或通过具有形体差异的人物模型和人物属性进行组合，达到对高仿真人物角色的构造。进一步的，所述系统评测检测模块，对人群仿真整个过程中人群行走路线、碰撞次数、跌倒次数、伤亡次数、人群疏散时间、建筑物障碍物遭受冲撞部位及次数进行评测检测，并以直观显示的方式呈现出来以供参考。本专利技术的工作原理为：在视觉恐怖谷方面，由于现在的技术不足，不能够真正的将虚拟人物的塑造的跟真人完全一样，因此本专利技术用遮盖物对虚拟人的面部进行遮挡，这样就不能看到虚拟人物的面部表情，也就能减少或避免因为虚拟人很像人但又不够像人而让人厌恶。触觉方面的恐怖谷，引入了声音模块以及碰撞处遮挡，引入声音是因为虚拟人发生碰撞时，可以让碰撞有根据，通过声音通过听觉知道身体某处发生的碰撞。对碰撞处的遮挡物，是通过视觉知道发生碰撞的基本位置，听觉和视觉都是为了辅助确定触觉发生的位置，通过听觉和视觉两者跟触觉的配合即可避免让人在感知到触碰时因没有根据而惊慌和不知所措。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术能够有效减少和避免了视觉和触觉“恐怖谷”效应。采用虚拟现实技术，将真人带入该系统中，并有效减少和避免了视觉和触觉“恐怖谷”给人带来的不适以及沉浸感的丢失，因此使人群仿真更有人的自然的表现，更能让人身临其境，有较高的真实性。本专利技术能够有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，其特征是：包括以下步骤：建立建筑物及障碍物模型库以保存建筑物及障碍物模型库；存储采集来的人物和环境的声音，包括人物行走、跑步与说话各个情景下产生的声音，以及人物所处场景下的环境音；对被采集人的身形、体貌、性别、年龄、身体健康状况和体能各项信息进行统计，并建立起相应的人物模型，并将采集的各类信息添加到人物模型当中，生成真实人物角色；收集人物所具有的属性，包括人的移动速度、跌倒爬起到恢复正常行走的最短时间各种真人的属性；生成高仿真度人物角色，或调用真实人物资料库中的人物角色；针对视觉恐怖谷效应，存放对高仿真度人物角色进行处理后的虚拟人物，对真人在虚拟现实中的虚拟形象保留除脸部表情以外的其他特征，利用遮盖物对虚拟人的面部进行遮挡；对虚拟人物发生的碰撞进行检测，当检测到人物碰撞时，对碰撞处进行视觉模糊处理；将建筑物及障碍物模型和高仿真度人物角色组合起来，从而建立起包含人物在内的虚拟现实情景，利用虚拟设备进行测试，进行各项指标的统计和检测，并对实时数据进行记录保存。

【技术特征摘要】
1.一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，其特征是：包括以下步骤：建立建筑物及障碍物模型库以保存建筑物及障碍物模型库；存储采集来的人物和环境的声音，包括人物行走、跑步与说话各个情景下产生的声音，以及人物所处场景下的环境音；对被采集人的身形、体貌、性别、年龄、身体健康状况和体能各项信息进行统计，并建立起相应的人物模型，并将采集的各类信息添加到人物模型当中，生成真实人物角色；收集人物所具有的属性，包括人的移动速度、跌倒爬起到恢复正常行走的最短时间各种真人的属性；生成高仿真度人物角色，或调用真实人物资料库中的人物角色；针对视觉恐怖谷效应，存放对高仿真度人物角色进行处理后的虚拟人物，对真人在虚拟现实中的虚拟形象保留除脸部表情以外的其他特征，利用遮盖物对虚拟人的面部进行遮挡；对虚拟人物发生的碰撞进行检测，当检测到人物碰撞时，对碰撞处进行视觉模糊处理；将建筑物及障碍物模型和高仿真度人物角色组合起来，从而建立起包含人物在内的虚拟现实情景，利用虚拟设备进行测试，进行各项指标的统计和检测，并对实时数据进行记录保存。2.如权利要求1所述的一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，其特征是：通过虚拟现实设备进入虚拟世界，按事先的计划如测试对某建筑物或场所的人群疏散、多条路径比较及路径规划、公共场所人群流动控制虚拟人物进行测试。3.如权利要求1所述的一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，其特征是：多种路径的优化采用变维粒子群优化算法进行优化。4.如权利要求3所述的一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，其特征是：变维粒子群优化多种路径的具体过程包括：对粒子群初始化，使得初始时刻每个粒子在超空间中的位置是随机的；通过每个粒子的当前位置评价其性能；比较每个个体的当前性能与其至今有过的最好性能，如果当前性能小于其至今有过的最好性能，则将至今有过的最好性能赋值为当前性能，对应的位置进行替换；把每个粒子的性能与全局最佳雷子的性能进行比较，如果当前性能小于全局最佳雷子的性能，则将全局最佳雷子的性能赋值为当前性能，对应的位置进行替换；改变粒子的速度矢量，把每个粒子移至新的位置，不断重复上述优化过程，重复递归直至收敛。5.如权利要求1所述的一种基于避免恐怖谷效应的虚拟现实人群仿真方法，其特征是：粒子维度的一致性对应路径节点数目的相同，粒子产生的解由起点到终...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘弘，付强，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37