一种虚拟场景生成方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟场景生成方法及系统。该方法包括下列步骤：对待设计的目标场景的场景基本属性信息进行扩展，形成待设计的目标场景的详细信息，利用该目标场景的详细信息生成目标场景的概念模型；根据场景设计资源对所述目标场景的概念模型进行实例化，得到目标场景。该系统主要包括：概念模型生成模块和实例化模块。其能够自动地设计和生成虚拟场景，大大缩短设计时间，并且使得设计结果具有最大程度的可重用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机虚拟
，具体地，是涉及动画(数字媒体)制作
，特别是涉及一种虚拟场景生成方法及系统。
技术介绍
在动画(数字媒体)制作领域，从最早的基于几何约束的空间自动布局到 基于语义的场景构建、从人工干涉到系统自动生成，关于场景自动生成的研究 已走过二十多年的历程，取得了许多有益的成果。已有的工作主要围绕如何提高场景生成的智能化程度和效率进行，比较有代表性的系统是加拿大的CAPS (Constraint-based Automatic Placement for Scene Composition)系统。近年来，随着知识工程在众多领域的广泛应用，许多研究者将语义的概念引入其中，侧 重于构建具有合理性和真实性的虚拟场景，代表系统有WordsEye和CarSim。此后，随着全球范围动画(数字媒体)产业的蓬勃发展，如何快速地、自动地构建与故事情节中显式或隐式的内容相吻合的场景成为一个更具挑战的目标。从技术和功能实现的角度来划分，目前已有的工作可以划分为两个主要的 方向基于约束的自动空间布局和基于知识的从文本到动画的自动转换。基于几何约束和语义信息的场景自动布局系统。这类系统主要研究如何在 一个有限空间域中实现内部物体的自动放置与合理布局。以CAPS系统为例， 它由Toronto大学的Ken Xu等人研制，该系统采用一种基于约束的自动空间 布局方法，即基于虚拟物理世界的物体空间几何约束以及基于真实世界中物体 之间位置关系的语义约束(如书架上放书，台灯放在书桌或茶几上等)，自动 引导物体在空间中的放置，便于用户快速、方便并合理地对复杂场景进行布局。 实验表明，该系统可以帮助用户在不到10分钟的时间内布置一个内含300个 物体的复杂空间。文本一场景的自动生成系统。这类系统以自然语言的文本为输入，旨在通过对文本的语法分析和语义理解将文本的内容自动转化为二维图片或三维场景。具代表性的系统有WordsEye和CarSim等。WordsEye系统通过用自然语言来描述图式化信息，具有简便且有效的优 点。但是通常用户在输入的文本中对场景的描述都不够详尽，对许多常识性的 知识都隐去不加以说明，因此仅仅利用用户所提供的信息来生成场景是远远不 够的。WordsEye以自然语言的文本为输入，首先对句子进行标识并分析，将 句子转换为一些具有独立结构的语义单元，同时给出语义表达；其次，使用描 述规则将相关的语义表达转换为一组底层的描述子(可用来表达三维物体的姿 态、空间关系、色彩等)；接下来，应用传导规则消解场景元素之间可能存在 的约束冲突并添加隐式约束。经过上述步骤，最后得到的描述子可用以构造与 文本内容相对应的三维物体并完成最终的场景。CarSim系统是由法国GREYC实验室的Sylvain Dupuy等人研制，该系统可以实现汽车交通事故过程的可视化。它以自然语言(法语)描述的事件过程 为输入，输出模拟该事件过程的动画。在信息的处理上，首先从文本中抽取出 静态信息，即事件发生时所处环境的信息(如道路以及路旁的树的信息)；再 进一步抽取事件中的动态信息(如汽车碰撞事件中的当事人、目击者、相撞的 两辆汽车等)。该系统包含两个模块语义模块和可视化模块。语义模块的功 能是通过对自然语言的理解抽取文本中与时空相关的描述信息，将自然语言描 述转化为一种形式化的中间语言；可视化模块则负责把形式化的语义转化为三 维动画。归纳起来，目前的现有技术主要存在以下几点不足1. 必须对场景中的元素进行完整的描述，即系统不能生成描述中未出现的 场景元素；2. 在场景构建过程中采用的是"从无到有"的构建方法，在对有代表性的场 景实例的重用和共享方面涉及不多；3. 在场景构建中，较少考虑其中可能出现的主体行为，即融合行为的场景 设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种虚拟场景生成方法及系统。其能够自动地设计和生成虚拟场景，大大縮短设计时间，并且使得设计结果具有最大程度的可重 用性。为实现本专利技术的目的而提供的一种虚拟场景生成方法，包括下列歩骤 步骤A，对待设计的目标场景的场景基本属性信息进行扩展，形成待设计的目标场景的详细信息，利用该目标场景的详细信息生成目标场景的概念模型；步骤B，根据场景设计资源对所述目标场景的概念模型进行实例化，生成目标场景。所述步骤A之前包括下列歩骤步骤A'，根据现有的虚拟场景实例，获取场景属性信息，构建场景设计资源。所述的步骤B之后还包括下列步骤步骤C，根据所述场景设计资源中的场景设计的规则对所述目标场景进行 验证和评价；步骤D，根据评价结果判断是否满足目标场景要求，如果否，则转到步骤 B进行再处理；否则输出目标场景实例后结束。 所述步骤A'包括下列步骤步骤A1'，选取现有的有代表性的、有重用价值的虚拟场景实例； 步骤A2'，从虚拟场景实例中抽取出包括场景功能、场景元素类别、场景布局、场景元素的材质和纹理，以及场景色彩配置的不同层次的场景属性信息，并用可扩展的场景概念图数据结构对虚拟场景实例加以刻画和描述；步骤A3'，根据场景属性信息所蕴涵的语义内容对所抽取的所述不同层次的场景属性信息进行语义标注，并分类别地添加到场景资源库中；步骤A4'，将从所述虚拟场景实例中所得到的设计规则，分类别地添加到场景设计知识库中。所述步骤A包括下列步骤步骤A1，根据待设计的目标场景，获取场景基本属性信息并以谓词的形 式加以表达，生成初始概念模型；步骤A2，根据待设计的目标场景的现有规则对所述场景基本属性信息进 行扩展，形成待设计的目标场景的详细信息；步骤A3，根据所得到的目标场景设计的详细信息对由步骤Al得到的初 始概念模型进行补充、修改和调整，得到目标场景的概念模型。所述步骤A1包括下列步骤步骤All，输入待设计的目标场景的场景基本属性信息，用谓词描述；步骤A12，根据待设计的目标场景的场景基本属性信息，基于现有的虚拟场景实例建立所述待设计的目标场景的初始概念模型。所述步骤B包括下列步骤步骤Bl，基于所述场景资源库对所述目标场景的场景元素进行实例化，选择满足待设计的目标场景基本属性的、具有适宜功能、类别、式样、材质和纹理的场景元素，对待设计的目标场景进行实例化；步骤B2，根据所得到的目标场景设计的详细信息，通过场景设计知识库， 对待设计的目标场景的概念模型中的场景元素之间空间位置关系进行实例化， 得到目标场景。为实现本专利技术的目的还提供一种虚拟场景生成系统，用于自动地设计和生 成虚拟场景，包括概念模型生成模块和实例化模块，其中所述概念模型生成模块，用于对待设计的目标场景的场景基本属性信息进 行扩展，形成待设计的目标场景的详细信息，利用该详细信息生成目标场景的 概念模型；所述实例化模块，用于根据场景资源库和场景设计知识库，对所述目标场 景的概念模型进行实例化，得到目标场景。还包括设计评价模块，用于根据所述场景设计资源中的场景设计的规则对 生成的所述目标场景进行验证和评价，并判断生成的目标场景的设计结果是否 满足目标场景要求。所述虚拟场景生成系统，还包括 输入模块，用于输入目标场景的基本属性； 输出模块，用于输出三维目标场景。还包括人机交互界面，用于对场景实例、场景元素、材质和纹理、色彩配 置方案信息的各项属性进行添加、删除、编本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟场景生成方法，用于自动地设计和生成虚拟场景，其特征在于，包括下列步骤：　　　　步骤Ａ，对待设计的目标场景的基本属性信息进行扩展，形成待设计的目标场景的详细信息，利用该目标场景的详细信息生成目标场景的概念模型；　　　　步骤Ｂ，根据场景设计资源对所述目标场景的概念模型进行实例化，生成目标场景。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳小莉，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]