CN105204631A - 一种虚拟地理环境角色建模方法和多角色协同操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种虚拟地理环境角色建模方法及其协同操作方法，通过将用户身份、用户权限、用户感知方式、用户处理信息方式、用户行为动作和用户可视化等信息映射为包括角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色动作和角色表达多个功能模块的角色模型；多角色协同方法依次包括用户登录与角色授权方法、角色表达与动作模拟方法、协同冲突检测与协调方法以及虚拟地理环境下的可视化表达方法。本发明提供了虚拟地理环境角色的构建方法，适合于角色的地理时空特性，满足空间信息技术对角色模型的地理时空特性要求，可解决虚拟地理环境多人参与的协同操作问题。

Description

一种虚拟地理环境角色建模方法和多角色协同操作方法

技术领域

本发明属于软件技术领域，涉及虚拟地理环境软件中的协同操作，尤其涉及一种面向虚拟地理环境协同的角色模型的建立方法以及基于该角色模型的多角色协同操作方法。

背景技术

虚拟地理环境是目前正在迅速发展的时间空间信息技术新领域，并已经在军事和民用上得到了广泛的应用。支持多用户协同是虚拟地理环境的重要内容。当前，虚拟地理环境的协同主要借鉴计算机支持的协同工作(CSCW，ComputerSupportedCooperativeWork)概念和方法，在实际应用中，需要针对某个典型应用进行系统开发，实现信息的共享与互操作。然而，现有技术尚未出现符合虚拟地理环境自身特征和需要的地理协同的模型和方法。虚拟地理环境强调以“人”为核心，但是如何构建适合多人参与的协同操作环境，同时又顾及虚拟地理环境的高效构建，目前还缺少切实有效的解决方法。

在计算机软件中，“角色”是指针对不同身份制定的一整套的行为操作模式。在人工智能方面，智能体有多种，其随着应用的不同而变化多样，没有一个确切的角色建模方法。这两个方面的现有技术，都不能用来解决虚拟地理环境中的角色构建和协同操作问题，原因在于：虚拟地理环境的时空特性要求角色能够感知时空变化，也就是能够随着时间和空间的变化表现出不同的状态和功能，即角色的时空特性。现有方法中，角色及其模型并没有充分考虑虚拟地理环境对时空约束的特殊性需求，因而不能直接复制到虚拟地理环境中，解决虚拟地理环境多角色群体协同的问题。因此，需要构建适合于虚拟地理环境的角色模型，同时完成基于角色模型的虚拟地理环境的协同方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种虚拟地理环境角色建模方法及多角色协同方法，以解决虚拟地理环境中多人参与的群体协同操作问题。

本发明提供的技术方案是：

一种虚拟地理环境角色建模方法，通过将用户身份、用户权限、用户感知方式、用户处理信息方式、用户行为动作和用户可视化等信息映射为包括角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色动作和角色表达多个功能模块的角色模型，具体包括：

A.通过角色扮演模块建立用户类别与角色之间的映射关系，角色与用户之间具有“多对多”的对应关系；

角色扮演负责完成角色模型与用户关系的映射，实现系统角色对现实用户的规范与约束。角色扮演通过登录交互界面，让用户选取扮演的角色(如数据处理员角色、建模人员角色、可视化分析员角色、决策者角色等)，作为该用户在虚拟地理环境中的角色；或者根据用户的地理位置、工作部门等基本信息，直接指定其在虚拟地理环境中的角色，如北京的城市规划员角色、深圳的大气分析员角色等。角色与用户之间具有“多对多”的对应关系，即一个角色可以对应多个用户，一个用户可以使用多个角色。

B.通过角色权限模块建立用户对应的角色与角色权限之间的对应关系，角色与角色权限之间是“多对多”的对应关系；

角色权限负责角色与角色权限的对应关系，同时完成权限集的组织与管理。通过角色的权限(如数据可访问权限、数据只读权限、模型可修改权限等)设定角色行为的有限性、状态的边界性、资源的可访问性、信息的可交互性等，实现对角色感知、角色思维、角色行为的约束。角色权限集是所有角色及权限的集合，并且与具体的研究案例紧密相关。角色的权限集可以通过数据库、脚本(如XML)等形式进行组织。权限的管理负责指定角色与权限之间的对应关系。角色与权限之间是“多对多”的对应关系，即一个角色可以有多个权限，一个权限可以被多个角色拥有。角色的权限映射通过角色的社会学属性和时空属性两种约束完成。角色的社会学属性主要确定角色状态、行为等的类型，角色的时空属性则确定角色行为所能够发生的时间和地理区域。

C.通过建立角色感知模块，获得角色对周边物体和环境的探知信息，包括物理感知和系统感知；

角色感知包括角色对周边物体和环境的探知，它是通过角色所代表的实体对周围环境的感知方式(如视觉、触觉、电磁、热度等)，获取周围环境中的实体或周围环境的状态(如位置、尺寸、外型等)和变化信息(如位置移动、形状变化等)。本发明将角色感知区分为两种。其一是将角色在现实环境中对周围环境的感知，通过物理模型构建以及计算机编码，映射到虚拟地理环境中，被本发明称之为物理感知。同时规定物理感知具有感知能力的限度，即物理感知度。比如一个人的视觉感知能力是受视力的好坏、空气透明度、空间遮挡物等多种因素的影响。物理感知是基于角色在现实世界中对周围环境或物体的感知能力而构建的。物理感知度是通过构建影响物理感知能力的因素与物理感知能力之间的关系模型实现。第二种感知在本发明中被称为系统感知，是虚拟地理环境系统为实现协同，各个角色对系统中的数据和信息变化以及人机交互等的探知，或者说是角色对虚拟地理环境系统中的任何数据、信息等变化的感知。系统感知的感知度是由角色的社会属性和角色的时空约束共同决定。其中社会学属性即角色在现实社会中处于什么样的位置，具有什么样的权限。时空约束性主要限定角色的权限所行使的区域范围和时间阶段。系统感知可以通过网络通信、信息共享、数据共享、数据/信息互操作等方法实现。系统感知度则是通过对通信对象限制、通信内容干扰、通信时间延迟等的控制，确定角色对系统变化的探知程度。

D.通过建立角色思维模块，获得对于感知信息的分析以及下一步应对策略；

角色思维主要是思考角色所代表的用户当前的状态和下一步的行动，负责角色对获取信息的处理、推理、判断以及决定等，并驱动角色行为。角色思维主要通过两种方法实现。其一是人工智能方法，即基于知识库，对获得的输入信息自行处理，并形成结论。第二种是用户干预判别方法，即使用系统的用户通过人机交互方式，把个人的思考结果直接输入系统，完成对当前情况的判断。

E.通过角色动作模块，获得角色所代表的用户处理信息的行动动作；

角色动作是基于角色思维结果所做的行为动作。本发明将角色的动作区分为行为动作和系统交互动作。所述行为动作是角色所代表的用户个体在现实环境中行为在虚拟地理环境中的映射，比如一个士兵在接到前进命令后向前奔跑的动作的虚拟映射。角色行为动作又包括外在动作和操作动作。外在动作是角色的行动和举止，行动部分完成角色的智能型动作和行为的模拟，比如按路线行进、组织人员集合、与人对话等。举止部分完成角色的基本性肢体动作，比如跑、跳、蹲、坐、卧、站、举手、抬头等。操作动作是角色外在动作对周边环境的影响所表现出来的变化，比如士兵的跑步过程中产生的风场会吹动落叶飘动。所述系统交互动作是角色所代表的用户个体在虚拟地理环境中接收其他用户个体所发布出来的信息和周围环境信息后，把自身的状态和属性信息发送给相关用户的动作。行为动作是实现角色动作科学合理性的体现和基础方法，系统交互动作是实现虚拟地理环境有效协同方法的技术基础。

F.通过角色表达模块，对角色的状态信息和行为过程通过可视化进行展现；

角色表达负责将角色的状态信息和行为过程，通过可视化的手段进行展现。角色表达通过两个步骤实现。第一个步骤是角色的举止模拟，比如角色的举手、抬头、跑步、立正、转头等。角色的举止模拟是在角色三维模型和角色的动作库共同作用下实现。角色的三维模型可以通过3DsMax、Maya等通用建模工具软件完成。角色动作库是对某个粒子动作的脚本说明集合。某个角色动作可以通过专门的动作生成软件手工编辑生成，如Maya、MotionBuilder等，也可以通过动作捕捉设备获取，如MotionAlaysis。角色表达的第二步骤是角色行为物理模型的构建，也就是角色行为的时空过程的约束型模型构建，告诉角色在规定的时间、规定的地点、进行规定的举止。一个完整的角色表达，需要将以上两个部分进行耦合，也就是角色行为的耦合模拟。

角色模型的各个模块之间的关联关系是：角色扮演模块是协同发起前的准备，是协同的第一步。角色约束模块贯穿于角色的所有模块，为各个模块的功能进行合理化规范与约束。角色感知模块受角色权限模块、角色扮演模块的限制和驱动。角色感知模块与角色思维模块互有反馈和控制。角色感知模块将感知到的结果，包括外界环境信息、自身状态信息、其他角色信息等，提交给角色思维模块。角色思维模块根据感知的结果，并结合角色的权限约束，对获取到的信息进行推理思考，形成结论，并反馈给角色感知进行更加详细的环境探测或驱动角色进行行动。角色行动在接收到角色思维所形成的结论后，驱动角色进行动作。该动作最终通过角色表达模块进行可视化。

本发明还提供一种基于上述角色模型的虚拟地理环境多角色协同操作方法，多角色协同方法依次包括用户登录与角色授权方法、角色表达与行为模拟方法、协同冲突检测与协调方法以及虚拟地理环境下的可视化表达方法；通过用户登录与角色授权方法完成用户与虚拟地理环境角色之间的映射与权限约束；通过角色表达与行为模拟方法实现协同过程中操作、处理、分析、可视化等一系列操作；通过协同冲突检测与协调方法实现协同过程中角色之间的冲突检测，并提供协调解决方法；通过虚拟地理环境下的可视化表达方法完成对角色的属性状态和行为动作的可视化。基于角色模型的多角色协同方法的步骤为：某一个用户通过角色扮演模块确定自己的角色，并通过角色权限模块从角色的权限集中获取角色自身对应的权限，进入到虚拟地理环境中，而后通过角色感知模块开展对周围环境和其他角色的感知，针对感知得到的结果通过角色思维模块进行逻辑思维判断和处理，形成结论，当这一结论与其他角色的结论产生矛盾时，则启动冲突检测与协调方法对冲突进行检测与解决，当所有冲突解决之后，协同过程结束，此时通过角色表达和冲突检测结果表达，完成虚拟地理环境下的各项可视化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明是一种系统的角色建模方法：本角色建模方法集成角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色行为和角色表达等六个模块，全面系统地提供了虚拟地理环境角色的构建方法。其中，角色感知和角色思维及与其他模块之间的关联作用关系，是现有角色模型所不具备的。

(2)本发明适合于角色的地理时空特性：本角色建模方法通过角色权限的时空约束、角色感知能力在时空上的有限性，以及角色思维对时间延续下区域的敏感性特征差异，实现空间和时间作用下的角色模型，从而满足空间信息技术对角色模型的地理时空特性要求。角色的时空特性是现有角色模型所不具备的。

(3)本发明提供一种虚拟地理环境角色建模方法及其协同方法：通过构建虚拟地理环境角色模型并提供基于该角色模型的多角色协同方法，采用角色构建虚拟地理环境群体协同，符合角色的本身特征，符合虚拟地理环境以“人”为核心、参与者的社会学属性以及角色对环境的感知等特征，可解决虚拟地理环境多人参与的协同操作问题。本发明提供的角色建模方法及其协同方法，能够实现对虚拟地理环境多角色协同的有效支撑。

附图说明

图1是本发明建立的角色模型包括的组成模块示意图；

图2是本发明建立的角色模型各模块之间的关系示意图；

图1～图2中：

10—角色11—角色扮演

12—角色感知13—角色思维

14—角色动作15—角色表达

16—角色权限

①—权限约束指令②—角色类型信息

③—角色感知结果信息④—角色思维结果信息

⑤—角色状态与行为信息⑥—角色行为信息

⑦—角色感知指令。

图3角色扮演组成模块示意图。

图4角色权限组成模块示意图。

图5角色感知组成模块示意图。

图6角色思维组成模块示意图。

图7角色动作组成模块示意图。

图8角色表达组成模块示意图。

图9是本发明实施例中基于角色模型的虚拟地理环境多角色协同方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供一种虚拟地理环境角色建模方法及其协同方法，主要应用于虚拟地理环境系统的多角色协同操作实施，以解决虚拟地理环境中多人参与的协同操作问题。

按照以下步骤，可是实现虚拟地理环境系统的角色建模：

第一步：完成虚拟地理环境系统中用于协同的角色模型的模块化设计

如图1所示，将虚拟地理环境的角色10化分为角色扮演模块11、角色感知模块12、角色思维模块13、角色行为模块14、角色表达模块15、角色权限约束模块16。每个模块的具体功能按照实际的应用需求进行细化。其中，角色扮演模块用于建立用户类别与角色之间的映射关系；角色权限模块用于建立用户权限与角色权限之间的对应关系；角色感知模块用于获得角色对周边物体和环境的信息探知；角色思维模块用于获得角色所代表的用户当前的状态和下一步处理信息的行动；角色行为模块用于获得角色所代表的用户处理信息的行动动作；角色表达模块用于对角色的状态信息和行为过程进行可视化展现。

第二步：完成各个模块的内部实现

如图3所示，构建角色扮演模块，为用户提供角色选择交互界面、从角色模型库中选定角色和确定角色权限的功能。其中角色权限包括数据访问权限、模型访问权限和系统操作权限。每个权限的限定来自于角色权限约束模块。角色模型可以是任何能够独立运行的程序段，比如角色模型代码，能够直接插入到系统中并运行。角色模型库是对角色模型进行管理的数据库系统，包括对角色模型的参数说明、运行环境、结果输出等一系列内容，同时描述角色对哪些权限约束敏感。

如图4所示，构建角色权限约束模块。针对数据资源集、模型资源集、系统资源集分别设置权限，具体的权限包括只读/读写/不允许访问、可调度/不可调度两种，同时附加上时空约束和其他约束，最终确定出角色的权限。角色的时空约束通过角色的社会学属性(如政府管理部分、学科专家、公众等)、空间分布属性(如北京、深圳等)和时间属性(比如白天、黑夜、春季、秋季等)，确定角色对哪些区域、哪时时间、哪些资源能够进行控制、访问或拒绝。其中社会学属性确定角色对什么类资源能够进行访问，空间分布属性确定其对哪些区域的资源能够进行访问，时间属性确定能够在哪些时间段内对资源进行访问。角色的社会学属性、空间分布属性和时间属性，在角色模型中以角色属性形式存在，并且相互叠加构成最终的角色权限。以上三种属性值是在用户选定角色后被赋予相应的数值。

如图5所示，构建角色感知模块。包括环境感知和系统感知两部分。环境感知完成对环境状态及变化参数进行感知，感知的实现是根据角色所代表的实体在现实中对环境的物理感能力，通过建模并集成到系统中得以实现。物理感知能力因实体的不同而不同。比如人对环境的感知能力主要通过人的眼、耳、鼻、舌、以及身体等部位，实现对环境的看、听、闻、尝以及触等，因此一个普通人物角色的环境感知模型就是人的视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉等各个感知能力的综合。又比如一个无人侦察机对环境的感知是与其上装备的设备相关的，如果安装的是可见光摄像头，则该无人机对环境的感知就是这个摄像头对环境的探测能力。在虚拟地理环境中，物理感知模型接受虚拟地理环境中的环境信息，同时在物理感知度的约束下发生作用。物理感知度的实现通过建立角色感知能力模型完成。物理感知度受到时间和空间的双重约束。在空间上，感知度将根据角色的空间位置以及其感知的空间范围，确定它的感知区域和感知强度。在时间上，感知度将根据角色的时间约束下的行为能力，确定它在什么时间内能够感知以及感知的强度。比如，一个搭载可见光摄像机的无人机角色，其实际探测范围是5公里，那么其感知的空间范围就是在以其为中心，以5公里为半径的圆内，其时间感知范围是所有光照强度达到摄像机所能准确识别目标的所对应的时间。系统感知主要完成对系统各种参数的探测，它的实现是通过系统感知模型完成。系统感知模型是系统消息事件程序的集合，集成在虚拟地理环境软件系统中，负责感知系统中数据和信息的产生、传递、保持、变化、消失等静态和动态的事件。系统感知模型接受系统操作信息的驱动和系统感知度的约束。比如，某个角色A接收到一个键盘的输入操作，此时系统感知模型则探测到键盘的触发事件信号，经过信息识别后将其共享给其他角色，实现系统操作信息的驱动。然而角色A的键盘操作信息能否被角色A所感知到，还要受到角色B的系统感知度的限制，即系统感知度的约束。比如，角色B和角色A处于同一个协同组内，且角色A的键盘触发信息是公开的，角色B的探知范围能够抵达角色A，此时角色B能够感知到角色A的键盘输入信息。系统感知度的实现主要通过网络通信技术并结合网络信息的限制方法实现，比如广播通信、组播通信、点对点通信，以及信息过滤、信息干扰等。系统感知度受到空间和时间的双重约束。比如，地处北京的角色A和地处广州的角色B，即使同属一个行业(比如环保部门数据核查员)，但是由于分属的行政区域不同，两个角色对各自区域的数据处理结果并不能被对方感知到，这就是系统感知的空间限制。空间限制的实现方法可以利用角色的位置属性以及被感知对象的空间位置进行叠加判别确定。系统感知度的时间限制是与感知者和被感知对象在时间上的变化特性相关的，只有当感知角色能够感知的时间区间和被感知角色允许被感知时间区间有交集时，系统感知才能够发生。

如图6所示，构建角色思维模块。环境感知和系统感知的结果被统一输出给角色思维模块，角色思维将对获取的信息进行分析，并得出如何处理的结论。角色思维的建立需要首先完成对感知结果的初步分析，而后形成采用何种应对方法的结论。对于角色感知的结果分析，可以构建在数据预处理的基础之上，包括数据的清理、规约、离散、分类、聚类、离群点检测等等，形成相对干净整洁的结果数据集。针对这个结果数据集，进行数据敏感性判断，也就是判断这些数据会对角色的哪些行为产生影响，以及如何影响。数据的敏感性判断需要遍历角色的行为集，同时逐一检验结果数据集与它之间是否存在参数输入关系，一旦存在，则需要将该行为确定为敏感行为。比如，在跨区域空气污染协同模拟过程中，污染扩散模拟员角色主要任务是根据污染源、大气环境等感知的结果数据，优化选择合适的污染扩散模式，完成对空气污染时空模拟。该角色的角色思维就是对感知数据进行分析处理，同时推断出如何对这些输入的数据进行反应。在实现的时候，角色思维需要对感知到的污染源数据、大气环境数据进行处理，对污染源数据分类成点源数据、面源数据、线源数据，而后对其进行一致性处理，形成污染源输入数据；同时对大气数据中的气压、风场、湿度、下垫面等进行处理，形成环境场数据；然后，遍历角色集成的所有污染扩散模式，进行污染源数据和环境场数据与污染扩散模式之间的输入关系分析，一旦模式能够接受该数据的一部分或全部，则判断该模式对数据具有的敏感性；最后根据污染扩散模拟的时间和空间尺度要求，对模式进行优化选择，确定采用哪个污染扩散模式进行模拟，进而完成角色思维任务。角色思维在实现上可以是集成了数据分析算法和决策算法的计算机软件代码，也可以是系统外操作人员的人为判断。

如图7所示，构建角色动作模块，将角色思维结果作为输入，完成角色的行为动作模型和系统交互动作模型的构建。行为动作模型中的外在动作模型的构建，主要通过三维建模与模拟的方法实现。角色的行动和举止模拟可以通过角色社会行为模型和人工智能的方法耦合实现。比如，一个士兵在接到前进命令后向前奔跑的动作的完成，需要首先构建士兵的三维模型，实现士兵人物形象；然后建立士兵的跑步行动的运动模型，实现四肢、头部、躯体的协调运作；而后集成跑步前进过程中对障碍物规避等智能模型，实现士兵在环境中的奔跑模拟。行为动作模型中的操作动作模型的实现是通过集成动作操作所引起的外界反应的物理模型实现。比如，士兵跑步前进时引起落叶的飘动，通过将人员跑步引起的环境气流变化物理模型和落叶在气流作用下的飘动模型同时集成在系统，然后将士兵跑步的速度和身体的体积作为参数输入到气流变化物理模型中，并将计算处的其流场输入到落叶飘动物理模型中，从而完成整个的奔跑动作对落叶的影响模拟。交互行为模型主要完成系统输入和输出的任务。系统输入是指角色代表的用户，通过计算机人机交互设备，如键盘、鼠标、操作杆等，将外界对角色动作的控制信息输入到角色中。系统输出是角色的动作结果形成的结果(如数据、信息、图表等)，呈现给角色代表的用户或其他角色。如图8所示，构建角色表达模块，实现角色本身及其影响过程和结果表达。角色自身的表达是指对角色所代表的实体进行可视化和行为动作模拟，而角色影响过程和结果表达是指对角色自身以外环境的影响以及影响的效果的可视化与模拟。比如一个士兵奔跑的表达，其自身的表达可以通过三维模型实现外观表达，通过骨骼点约束性模型实现肢体协调性表达，通过角色的智能运动模型完成奔跑的表达；其对周围环境影响，如地面印出脚印、微小风场变化等，可以通过角色与环境之间的作用关系模型进行计算，并基于计算结果进行动态可视化。面向虚拟地理环境的角色可视化，在技术实现上主要借助于计算机图形学，通过三维可视化方法，如实体三维建模方法、场景生成方法、三维渲染方法等等完成。

第三步：如图2所示，建立各个模块之间的相互关系。

角色权限16通过约束与限制信息或指令①作用于其他各个模块。角色扮演11输出角色的名称、类型、权限等基本信息②到角色感知12。角色感知12将感知的结果信息③传递给角色思维13。角色思维13通过分析判断等过程，将再感知指令⑦反馈给角色感知，将角色思维结果信息④传递给角色动作14。角色动作14将角色状态与动作信息⑤传递给角色表达，将角色动作信息⑥传递给角色思维13。角色状态与动作信息⑤被虚拟地理环境接收后，启动角色表达15，完成对角色的可视化与行为模拟。

第四步：基于图1和图2所建立的角色模型，优化虚拟地理环境系统的网络通信，降低协同信息流传递。比如，在一个较大的现实环境中，当一个角色距离其他角色距离足够远，且没有其他工具可以借助时，他将与其他实体失去联系。对于这样的实体，当映射到虚拟地理环境中时，可以关闭它的网络通信功能，使该节点保持静默，即不往外发送信息，也不从外界接收信息，这样将会降低网络的信息流量，从而达到优化网络通信的效果。

图9所示为基于角色模型的虚拟地理环境多角色协同操作方法的流程，具体按照以下步骤，可以实施基于角色的虚拟地理环境多角色协同活动。以下描述只为解释使用过程，并不限定用户和角色的类型和数量。同时，描述的多角色协同操作技术方法只是其中某一种或几种，并不限定本发明涵盖的其他方法，角色的功能模块也只是角色模型的全部或部分，也不限定角色模块的任何组合方式。

以珠三角空气污染扩散的多用户协同模拟为例说明协同操作方法。需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

1)建立角色模型，通过角色扮演模块建立用户类别与角色之间的映射关系，角色与用户之间具有“多对多”的对应关系；

其中，地处广东、香港、澳门三地的环保部门数据处理员UGA、UHA、UMA，在各自的部门借助于计算机终端运行系统，系统自动弹出用户角色界面，而后各自以数据处理员角色(RoleDat)登陆系统。空气污染模拟人员UD在深圳，利用系统用户角色界面，选择污染模拟角色(RoleSim)。地处广东、香港、澳门三地的环保部门的决策支持分析人员UGB、UHB、UMB，在各自的部门借助用户角色界面，各自以决策支持分析人员角色(RoleDec)登陆系统。

2)通过角色扮演模块建立用户类别与角色之间的映射关系，角色与用户之间具有“多对多”的对应关系；

系统接收到角色的类型后，从后台的服务器读取该角色所对应的数据访问和处理权限，即将广东省行政区域内的数据处理权限分配给UGA，将香港行政区域范围内的数据处理权限分配个UHA，将澳门行政区域范围内的数据处理权限分配个UMA。而后UGA、UHA、UMA针对各自的区域内数据(包括环境场数据和污染源数据)进行处理。处理后的数据上传到系统中。系统会将这些数据进行集中，并作为输入数据为污染模拟角色(RoleSim)进行污染扩散模拟提供支撑。

3)通过建立角色感知模块，获得角色对周边物体和环境的探知信息；通过建立角色思维模块，获得对于感知信息的分析以及下一步应对策略；通过角色动作模块，基于角色思维结果，获得角色所代表的用户处理信息的行动动作；通过角色表达模块，对角色的状态信息和动作过程通过可视化进行展现；

其中，空气污染模拟人员UD选定污染模拟角色(RoleSim)后，污染模拟角色程序在后台实时运行，角色感知模块在探测到数据处理员UGA、UHA、UMA的处理结果后，启动角色思维模块，针对不同的尺度要求，选择不同的污染扩散模式，比如小范围的点源扩散模拟选择高斯模式，大区域范围的污染扩散选择MM5或WRF。一旦污染扩散模式选定，则立即启动角色动作模块，基于确定的数据和模型，进行计算，并得出污染扩散的数值型结果，即空间各个网点的污染浓度矩阵。角色动作运行完毕后，自动启动角色表达模块，利用虚拟地理环境三维可视化技术对污染结果进行可视化。

地处广东、香港、澳门三地的环保部门的决策支持分析人员UGB、UHB、UMB通过决策支持分析人员角色(RoleDec)登陆系统后，角色感知模块在后台实时运行，一旦感知到污染模拟角色(RoleSim)有结果输出，则通过消息提醒方式告诉决策支持分析人员UGB、UHB、UMB可以进行决策分析。当接收到提示信息后，UGB、UHB、UMB在各自的部门内进行决策分析，比如通过断面分析、剖面分析、定点高度分析等，完成污染分布的源头判断、减排策略的判断。在分析的过程中，UGB、UHB、UMB的分析结果均能够被彼此感知到(这里指的是能够被看到)。分析过程中，一旦出现判断不一致的地方，则表示冲突产生，此时可以通过事先协商好的处理办法，如小区域(这里指香港和澳门)服从大区域(这里指广东)，进行取舍，形成最终的结论。

Claims (8)

1.一种虚拟地理环境角色建模方法，将用户身份、用户权限、用户感知方式、用户处理信息方式、用户行为动作和用户可视化信息映射为包括角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色动作和角色表达功能模块的角色模型，具体包括：

通过角色扮演模块建立用户类别与角色之间的映射关系，角色与用户之间具有“多对多”的对应关系；

通过角色权限模块建立用户对应的角色与角色权限之间的对应关系，角色与角色权限之间是“多对多”的对应关系；

通过建立角色感知模块，获得角色对周边物体和环境的探知信息；

通过建立角色思维模块，获得对于感知信息的分析以及下一步应对策略；

通过角色动作模块，基于角色思维结果，获得角色所代表的用户处理信息的行动动作；

通过角色表达模块，对角色的状态信息和动作过程通过可视化进行展现。

2.如权利要求1所述虚拟地理环境角色建模方法，其特征是，所述角色感知包括物理感知和系统感知；所述物理感知是将角色在现实环境中对周围环境的感知通过物理模型构建和计算机编码映射到虚拟地理环境中；所述系统感知是各个角色为实现协同操作对虚拟地理环境系统中的数据和信息变化以及人机交互的探知。

3.如权利要求2所述虚拟地理环境角色建模方法，其特征是，所述系统感知通过网络通信、信息/数据共享或数据/信息互操作方法实现。

4.如权利要求1所述虚拟地理环境角色建模方法，其特征是，所述角色思维模块的实现方法包括人工智能方法和用户判别方法。

5.如权利要求1所述虚拟地理环境角色建模方法，其特征是，所述角色动作区分为行为动作和系统交互动作；所述行为动作是角色所代表的用户个体在现实环境中行为在虚拟地理环境中的映射；所述系统交互动作是角色所代表的用户个体在虚拟地理环境中接收其他用户个体所发布出来的信息和周围环境信息后，把自身的状态和属性信息发送给相关用户的动作。

6.如权利要求1所述虚拟地理环境角色建模方法，其特征是，所述角色表达的可视化方法包括文字、语音、视频、图表、二维图和三维虚拟环境中的一种或多种的组合。

7.一种利用权利要求1所述虚拟地理环境角色建模方法的基于角色模型的虚拟地理环境多角色协同操作方法，依次包括用户登录与角色授权方法、角色表达与动作模拟方法、协同冲突检测与协调方法以及虚拟地理环境下的可视化表达方法；

通过用户登录与角色授权方法完成用户与虚拟地理环境角色之间的映射与权限约束；

通过角色表达与动作模拟方法实现协同过程中操作、处理、分析、可视化操作；

通过协同冲突检测与协调方法实现协同过程中角色之间的冲突检测，并提供协调解决方法；

通过虚拟地理环境下的可视化表达方法实现对角色的属性状态和行为动作的可视化。

8.如权利要求7所述基于角色模型的虚拟地理环境多角色协同操作方法，其特征是，所述多角色协同方法具体包括如下步骤：

7.1)用户通过角色扮演模块确定自己的角色，通过角色权限模块从角色的权限集中获取角色自身对应的权限，进入到虚拟地理环境中；

7.2)通过角色感知模块开展对周围环境和其他角色的感知；

7.3)针对感知得到的结果通过角色思维模块进行逻辑思维判断和处理，形成下一步如何行动的结论；

7.4)当形成的结论与其他角色的结论产生矛盾时，启动冲突检测与协调方法对冲突进行检测与解决；

7.5)当所有冲突解决之后，协同过程结束，通过角色表达和冲突检测结果表达，实现虚拟地理环境下的各项可视化。