11、基于生命感知的虚拟萤火虫逼真动画系统

基于生命感知的虚拟萤火虫逼真动画系统

1. 引言

萤火虫以其独特的发光和漂浮移动方式，长期以来一直是人们喜爱的夏季传统。它们的发光效果和原理已经在工程和生理学等领域进行了许多研究。例如，有研究表明，萤火虫的发光具有治疗效果，甚至提出了一个虚拟照明系统来用于福利和娱乐领域。为了制作游戏和电影等内容，像萤火虫（虚拟萤火虫）这样的移动和发光物体在真实和虚拟空间中被广泛使用。为了融入虚拟萤火虫，需要使用计算模型自动生成萤火虫的行为，以便用户进行互动。

2. 计算模型

2.1 两阶段随机过程

本章提出了一种计算模型，用于生成类似萤火虫的生物的逼真运动。通过使用两阶段随机过程和简单的操作元素，可以生成各种逼真的运动模式。具体来说，该模型分为两个阶段：

1. 初始阶段 ：在初始阶段，模型生成一个力矢量，该矢量具有随机分量。这些分量用于控制虚拟萤火虫的运动方向和速度。
2. 执行阶段 ：在执行阶段，模型根据初始阶段生成的力矢量，通过一系列的随机选择和计算，逐步生成虚拟萤火虫的运动轨迹。

2.2 运动模块的选择过程

运动模块的选择过程是基于一个简化的马尔可夫链模型。该模型通过以下步骤实现：

1. 状态空间定义 ：定义状态空间 $\Omega = {S_1, S_2}$，其中 $S_1$ 表示加速运动模块，$S_2$ 表示减速运动模块。
2. 状态转移概率 ：根据当前状态选择