Intelligent behavior control and world modeling for virtual humans in virtual environments

Autonome virtuelle Menschen sollten in der Lage sein, in ihrer virtuellen Umgebung selbständig Probleme zu lösen. Ausgehend von einem Animationssystem, das in zwei früheren Diplomarbeiten entwickelt wurde, wurde ein System für autonome virtuelle Menschen entwickelt. Die Basis des Systems besteht aus einem Framework zur Steuerung des Verhaltens des virtuellen Menschen. Es besteht aus drei Teilen: einem Wahrnehmungsmodul, das dem virtuellen Menschen Informationen über seine Umgebung liefert und Befehle des Benutzers weiterleitet, einem Planungssystem zum Erzeugen von Plänen, und einem Aktionsmanager, der die Pläne ausführt. Der Planer ist ein einfaches regel-basiertes (reaktives) Planungssystem, das durch spezialisierte Planungsalgorithmen ergänzt wird. Diese Planungsalgorithmen sollen schwierige Probleme lösen, für die der reaktive Planer nicht ausreicht. Als schwierige Probleme wurden Pfadsuchen und das Greifen von Objekten untersucht. Zur Pfadsuche benötigt man zunächst eine geeignete Repräsentation der Umgebung, auf der dann gesucht werden kann. Die benutzte Repräsentation benutzt den "grid-cell" Ansatz von Bandi. Als Suchalgorithmus wurde dann der A*-Algorithmus benutzt, der erweitert wurde, um Höhe, Breite, Schritthöhe und Schrittweite des virtuellen Menschen bei der Suche zu beachten. Des weiteren musste eine Verbindung zwischen dem Pfadsuchermodul, dem Animationsmodul und der Szene erstellt werden, um den virtuellen Menschen entlang dem gefundenen Pfad laufen zu lassen. Die Architektur des Systems integriert die Wahrnehmung, das Planungssystem mit den spezialisierten Planungsalgorithmen und den Aktionsmanager mit der graphischen Darstellung der Szene.

Autonomous virtual humans must be able to solve problems in their virtual environment. Starting from an animation system that was developed in two other diplomna theses, a system for autonomous virtual humans was developed. The base of the system is a framework for behavior control of the virtual human. It consists of three parts: A perception module that gives information about the virtual environment and user commands to the virtual human, a planning system for the creation of plans, and an action manager that is responsible for the execution of the plans. The planner is a simple rule-based (reactive) planning system that can be extended with specialized planning algorithms. Those planning algorithms solve complex problems that are too hard for the reactive planner. Two complex problems that were dealt with are path-finding and grasping of objects. For path-finding one needs a proper representation of the virtual environment which is then used for searching a path. The A*-algorithm was used for the actual search on that representation; it was extended to take the height, width, step height and step length of the virtual human into account. Additionally, a connection had to be made between the path-finding module, the animation module, and the arbitrary scene. This enables the virtual human to follow a found path. The architecture of the system integrates the perception system, the planning system with specialzed planning algorithms, and the action manager with the visualization of the scene.