專利名稱：動(dòng)物動(dòng)畫及模擬技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬技術(shù)，該技術(shù)用計(jì)算機(jī)逼真地模擬兩足動(dòng)物、四足動(dòng)物、和更復(fù)雜生物的生命特征，以及簡(jiǎn)單物體的運(yùn)動(dòng)。發(fā)明人預(yù)見到該發(fā)明將首先在娛樂界用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)生成畫面的領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。然而，本發(fā)明在更復(fù)雜的非實(shí)時(shí)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域也有應(yīng)用潛力，例如制作卡通、編排游戲、制作廣告、再現(xiàn)事件、模擬任何活的生物、和簡(jiǎn)單物體逼真的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的技術(shù)背景自從第一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)問世以來，已經(jīng)找出多種計(jì)算機(jī)模擬方法使模擬行為逼真、可信。計(jì)算機(jī)用戶已經(jīng)將計(jì)算機(jī)的邏輯“思維”能力與模仿真實(shí)動(dòng)物行動(dòng)的能力等同起來，但結(jié)果往往不盡人意。諸如難于獲得體現(xiàn)個(gè)性的自主行為之類的特征，而且獲得達(dá)到可識(shí)別程度的這類特征需要相當(dāng)高的運(yùn)用計(jì)算機(jī)語言編程的造詣(該計(jì)算機(jī)語言是以難學(xué)著稱的，而且語法僵硬，極易出錯(cuò))。此外，為了配置和執(zhí)行這類特征需要大量的計(jì)算機(jī)資源。一些簡(jiǎn)明的實(shí)例可用于說明這個(gè)問題。怎樣使一個(gè)被模擬生物具有可識(shí)別的行為(如“疲勞”)，并且得到用戶認(rèn)同 怎樣被模擬生物如此逼真，以致用戶忘記它是虛擬的，而情不自禁地要同它交談 為了將逼真的模擬提供給用戶(即觀眾)，已經(jīng)做了大量的嘗試。在這個(gè)領(lǐng)域中大量的工作(例如迪斯尼工作室等單位所做的工作)，就發(fā)明人所知的全部實(shí)例已經(jīng)使用人物動(dòng)畫。其中一些已經(jīng)使用子畫面為基礎(chǔ)的動(dòng)畫，這種動(dòng)畫片通常需要由畫家事先制作排序的動(dòng)畫畫面。最近，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力飛速發(fā)展，元件價(jià)格下降、存貯器容量增大、處理器功能增強(qiáng)，多少逼真一些的模擬產(chǎn)品已經(jīng)開始在市場(chǎng)上出現(xiàn)，但是，這些產(chǎn)品仍然是提前制作的排序動(dòng)畫畫面，這些畫面集中儲(chǔ)存在大容量媒體(如CD ROM)上，備有供回放的綜合檢索目錄，并且能迅速地出現(xiàn)在功能日益增強(qiáng)的計(jì)算機(jī)上，以致用戶感覺它們是在實(shí)時(shí)運(yùn)行(例如Doug Sharp ofMicrosoft Corporation′s Advanced Authoring Tools Division改編的人機(jī)對(duì)話故事“The King of Chicago”，它使用數(shù)百個(gè)可能出現(xiàn)的場(chǎng)景鏡頭)。
值得注意的是前面的陳述還有一些例外，包括MassachusettsInstitute of Technology′s Media Lab的工作，例如裝備在“ArtificalLife Interactive Video Environment”系統(tǒng)上的Bruce Blumburg的“虛擬狗”。但是，計(jì)算機(jī)用戶渴望找到超越“虛擬狗”的大幅度的改進(jìn)，他們需要真正的三維交互式模擬，模擬低級(jí)動(dòng)物和人類，甚至賦予物體活生生的行為。進(jìn)一步說，為創(chuàng)造一個(gè)術(shù)語，他們渴望找到對(duì)典型的模擬作了改進(jìn)的“合成生物(synthetic creature)”(與基于純表象模擬技術(shù)的早期技術(shù)的內(nèi)涵大不相同)。更進(jìn)一步說，熱情的作者渴望找到一些支持用戶注釋命令的工具，一些使作品產(chǎn)品具有再次使用性和可移植性的工具，而且這些工具不需要他們努力學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的編程語言和技術(shù)，使他們避免在處理傳統(tǒng)編程系統(tǒng)的硬性規(guī)定中遭受的挫折和失敗。
最后，雖然上面已經(jīng)使用術(shù)語“虛擬狗”，但應(yīng)當(dāng)注意術(shù)語“虛擬寵物”已經(jīng)開始流行。Bruce Blumburg完成的工作是非常值得注意的，但還有另外一些類似的值得注意的工作(例如，由PF Magicof San Francisco，California完成的DOGZ)。但是，據(jù)發(fā)明人所知，迄今還沒有模擬技術(shù)能交代什么是第一關(guān)鍵性障礙，該障礙阻礙在通用計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)地完成和展示逼真的模擬行為、阻礙為產(chǎn)生可有效運(yùn)行的基本物理過程、機(jī)械性能、和用戶能感受到的合成生物的性質(zhì)(如看得見聽得著的性質(zhì))提供有效的可用工具。此外，發(fā)明人還知道迄今沒有模擬技術(shù)交代在這個(gè)領(lǐng)域中什么是為定義和執(zhí)行合成生物各種行為提供簡(jiǎn)單有效的機(jī)理的第二關(guān)鍵性障礙。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供逼真性得到改進(jìn)的模擬。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供在常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上有效運(yùn)行的模擬。
本發(fā)明第三個(gè)目的是提供制成高級(jí)動(dòng)畫并真正能人機(jī)對(duì)話的模擬。
本發(fā)明第四個(gè)目的是提供一些工具，這些工具用于創(chuàng)作前面討論的改進(jìn)的模擬物。
簡(jiǎn)要地說，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案是一種在計(jì)算機(jī)上生成和模擬合成生物的方法，該方法包括創(chuàng)作合成生物的特征，該特征包含鍵和軟連接點(diǎn)，其中除了一個(gè)事先定義的鍵之外，所有的鍵都和軟連接點(diǎn)連接，然后創(chuàng)作用于合成生物的動(dòng)作，其方法是將這些鍵移到希望的位置，使該特征定位于某個(gè)姿勢(shì)并將一種或多種這類姿勢(shì)作為動(dòng)作儲(chǔ)存起來。到這時(shí)，合成生物是完整的，足以在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行?？蛇x擇的，創(chuàng)作用于合成生物的行為樹，其方法是將動(dòng)作的樣本和原先定義的其他行為編成組，定義一些新行為，并且按在計(jì)算機(jī)上可執(zhí)行的分層結(jié)構(gòu)將這些行為遞歸排序并納入行為樹。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將高度逼真的惹人喜愛的栩栩如生的效果賦予采用本發(fā)明的模擬。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用本發(fā)明生產(chǎn)的模擬可以在各式各樣的可利用的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，其中包括個(gè)人計(jì)算機(jī)，工作站和中央處理機(jī)。
本發(fā)明的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用本發(fā)明生產(chǎn)的模擬容易與計(jì)算機(jī)生成的環(huán)境的其它諸方面產(chǎn)生交互作用，能夠與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用者實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。
本發(fā)明的第四個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用本發(fā)明生產(chǎn)的模擬高水平地創(chuàng)作動(dòng)畫內(nèi)容，它更接近人的思維過程。
本發(fā)明的第五個(gè)優(yōu)點(diǎn)是利用本發(fā)明生產(chǎn)的模擬允許定義制作動(dòng)畫的工作軟件，該軟件是一些小型高效的動(dòng)畫片段編碼。
本發(fā)明的第六個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它容易適應(yīng)新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)(如聯(lián)網(wǎng))，以便在線應(yīng)用本發(fā)明創(chuàng)作的軟件產(chǎn)品。
鑒于本說明書中結(jié)合附圖介紹的實(shí)施本發(fā)明的最佳模式以及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的工業(yè)實(shí)用性，熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將更清楚地理解本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
附圖的簡(jiǎn)要說明依據(jù)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)介紹，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得明朗起來。


圖1是一張分層圖以及一些在創(chuàng)作本發(fā)明的合成生物時(shí)在各層面使用的要素。
圖2描繪的是基本的模擬生物，說明鍵與連接點(diǎn)的關(guān)系。
圖3描繪的是模擬生物，著重說明正重量要素。
圖4與圖3描繪的是同一模擬生物，著重說明正重量要素與負(fù)重量要素在一起。
圖5是仿效某種風(fēng)格的定時(shí)線和描述合成生物動(dòng)作的圖象幀。
圖6描述的是作為一組獨(dú)立自主行為配置的視點(diǎn)變化的流程圖。
圖7描述的是當(dāng)獨(dú)立的行為沒有全面完成時(shí)故障弱化(graceful degration)的流程圖。
圖8描繪的是本發(fā)明特有的特征編輯器的屏幕顯示，表示開始創(chuàng)建合成生物。
圖9描繪的是屏幕顯示，說明在特征編輯器控制窗中如何調(diào)整合成生物中鍵的性能。
圖10描繪的是屏幕顯示，說明在從圖8開始的連續(xù)創(chuàng)作過程中補(bǔ)充鍵結(jié)構(gòu)。
圖11描繪的是屏幕顯示，說明合成生物對(duì)稱結(jié)構(gòu)的初始定義。
圖12描繪的是屏幕顯示，說明借助合成生物對(duì)稱部分的鏡面拷貝完成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
圖13描繪的是屏幕顯示，說明給合成生物添加補(bǔ)充主體。
圖14描繪的是屏幕顯示，說明結(jié)構(gòu)完整的合成生物，現(xiàn)在它是一個(gè)可識(shí)別的模擬狗，并且包括運(yùn)用明暗對(duì)比和陰影的視覺效果。
圖15a、15b、和15c描繪的是模擬海豚的屏幕顯示，圖15a是強(qiáng)調(diào)海豚中橢球狀鍵的實(shí)例，圖15b強(qiáng)調(diào)海豚中呈海豚形的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，圖15c表示加上“皮膚”紋理的海豚。
圖16是使用本發(fā)明典型的動(dòng)物編輯器時(shí)的屏幕顯示。
圖17是圖16中鍵控部分的放大圖。
圖18是使用本發(fā)明典型的動(dòng)物編輯器時(shí)的屏幕顯示。
圖19、圖20、和圖21是圖18中鍵控窗的放大圖本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例本發(fā)明中優(yōu)選的實(shí)施方案是合成生物以及一組用于創(chuàng)作這種合成生物的創(chuàng)作工具。具體地說，這組創(chuàng)作工具包括宇宙編輯器、特征編輯器、動(dòng)作編輯器、行為編輯器、和環(huán)境編輯器。此外，不是所有的創(chuàng)作工具都必須各具特色，或者對(duì)于全面完成合成生物都是必需的。
本發(fā)明最初的研制目的是創(chuàng)作合成生物，具體地說是創(chuàng)作“模擬寵物”，該寵物在計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的環(huán)境中“生活”并且可選擇地能夠與計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的用戶交流。后來，發(fā)明人經(jīng)過進(jìn)一步深入研究完成了本發(fā)明，并提高了該發(fā)明的模擬能力，可以模擬非寵物動(dòng)物、模擬有個(gè)性的人、以及將生命特征賦予無生命的物體。本發(fā)明的產(chǎn)品被稱為模擬物、虛擬寵物、和合成生物。在此文中將使用術(shù)語“合成生物”并用數(shù)字10表示。
(1)在合成生物中定義生命發(fā)明人利用具有許多層面12的系統(tǒng)(圖1)為他們的合成生物10建立(數(shù)學(xué))模型。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這些層面12包括為合成生物10提供生存環(huán)境的宇宙14、合成生物10的特征16(基本的物理特征，例如貓與狗的區(qū)別、長肢體與短肢體的差異等)、合成生物10的動(dòng)作18、合成生物10的行為20、以及實(shí)現(xiàn)該合成生物10的環(huán)境22。借助分別處理這些層面12，發(fā)明人能夠?qū)⒛M中出現(xiàn)的許多復(fù)雜的事情提取出來。采用分層結(jié)構(gòu)12的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使該發(fā)明更容易實(shí)施，以致作者(在本文中該術(shù)語指的是那些創(chuàng)作合成生物的人)和用戶(在本文中指的是那些最終使用合成生物作品的人)本人不需要具有任何編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)樗麄兛梢允褂煤?jiǎn)單的“應(yīng)用程序”類型的界面創(chuàng)作各個(gè)層面12，所以他們不需要使用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言“編碼”(盡管在需要的時(shí)候可以使用更傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)編碼方法建立一些特殊模塊，并且通過補(bǔ)充這些特殊模塊大大提高分層結(jié)構(gòu)12的能力)。對(duì)于采用這種方法創(chuàng)作的合成生物10，人們可以非常迅速非常容易地改變它和完善它。此外，采用這種方法可以使創(chuàng)作合成生物10的工作變成在各個(gè)層面12上完成的大量的重復(fù)和移植。例如，一種合成生物…狗10的屬性(即使被儲(chǔ)存在程序庫中配置給其他的作者)可以為了創(chuàng)作其它的合成生物…另一種狗10被再次使用，甚至可以為了創(chuàng)造異乎尋常的效果將合成生物…狗10的物理屬性與合成生物…貓10的行為屬性結(jié)合起來。再者，采用不同的層面12允許將創(chuàng)作過程中許多復(fù)雜的事情提取出來。
分層結(jié)構(gòu)12的各個(gè)層面可以是能夠識(shí)別的，但是這樣做并非總是絕對(duì)必要的。例如，宇宙層面14和特征層面16是兩個(gè)層面，發(fā)明人并沒有使它們有很大的區(qū)別。迄今，發(fā)明人還是將宇宙層面14簡(jiǎn)單地并入特征層面16的實(shí)施方案。但是，沒有理由說宇宙14不能作為真正獨(dú)立的層面12，可以想象，如果這樣做了，將提高合成生物10的能力，例如作為講授物理力學(xué)的教具，或者演示非牛頓物理定律。
(A)合成生物的宇宙為了使合成生物10看上去是真實(shí)的，合成生物10賴以生存的宇宙14應(yīng)當(dāng)是恒定不變的，即應(yīng)當(dāng)迫使在那個(gè)宇宙14中生存的合成生物10與其它物體遵守相同的物理定律，例如牛頓物理。這要求宇宙14以某種方式規(guī)定基礎(chǔ)物理(underlying physics)24。
如上所述，在當(dāng)前的配置中，發(fā)明人將宇宙14與特征16結(jié)合起來。這樣可以減少關(guān)心宇宙的作者在使用正常的地球型宇宙時(shí)的工作量。
從概念上說，宇宙14是最低的層面12。但是，不象缺乏較低的層面12就毫無意義的較高層面12(例如，不存在動(dòng)作層面18就不可能創(chuàng)作行為層面20，不存在特征層面16就不可能創(chuàng)作動(dòng)作層面18)，對(duì)于創(chuàng)作較高層面12，預(yù)置的宇宙層面12并非總是必要的。然而，如果不將宇宙14置于最低層面12可能帶來一些問題。力學(xué)上經(jīng)典的二分之三次方律問題就是一個(gè)例子(這是一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)與質(zhì)量關(guān)系的問題，它說明了為什么笨重的動(dòng)物一定象大象或河馬那樣具有粗壯的腿，為什么象螞蟻和蜘蛛那樣非常輕的動(dòng)物的腿非常細(xì))。如果不事先將宇宙的“現(xiàn)實(shí)”強(qiáng)加給合成生物10的特征層面16，那么大量的有關(guān)動(dòng)作層面18和行為層面20的勞動(dòng)將付諸東流。
(B)合成生物的特征圖2描繪了一個(gè)非?；镜暮铣缮?0。在圖中合成生物10的關(guān)節(jié)和身體部分被表示成松散連接并相互制約的獨(dú)立鍵26(用橢圓表示，因?yàn)樘卣?6是三維的，更確切的是用橢球表示)和連接點(diǎn)(用帶箭頭的線段表示，箭頭末端指向較高級(jí)別的鍵26)，它們完成日常生活的物理過程(即它們的活動(dòng)將服從宇宙14的規(guī)律)。鍵26代表剛性對(duì)象，而連接點(diǎn)28表現(xiàn)兩個(gè)具體鍵26之間的相互作用。這樣將一種在迄今的作品中不曾有過的異常柔和的動(dòng)感賦予合成生物10。
從概念上說，特征層面16也是分層的，它以最高級(jí)別的非締合鍵30為起點(diǎn)，并且有掛在該非締合鍵上的級(jí)別較低的子鍵32。子鍵32是有締合連接點(diǎn)28的鍵26，它通過締合連接點(diǎn)逐級(jí)連接在級(jí)別較高的鍵26上，直至到達(dá)非締合鍵30為止。鍵26承受來自分層結(jié)構(gòu)中每個(gè)較低級(jí)別連接點(diǎn)28的作用力和力矩(盡管這可以受到控制，其方法是規(guī)定按特殊方式相互作用的各種連接點(diǎn)的類型)。
圖3表示典型的合成生物10的許多可識(shí)別的身體部分。這些部分包括頭部鍵34(具有諸如眼睛鍵36之類的特征)，胸部鍵38、下體鍵40，足部鍵42和尾部鍵44。
圖3和圖4還說明合成生物10如何使自己保持穩(wěn)定以及如何在環(huán)境22中控制自己。每個(gè)鍵26的重量和質(zhì)量分開表示并分別進(jìn)行處理，以便使合成生物10的總體行為嚴(yán)格地模仿真實(shí)動(dòng)物受閉環(huán)控制的行為，賦予合成生物10更多的逼真性。重量用箭頭表示，向下的箭頭表示正重量46，向上的箭頭表示負(fù)重量48。質(zhì)量決不會(huì)是負(fù)的，在圖中不用任何符號(hào)表示，因?yàn)樗拇嬖谑遣谎远鞯摹?br> (C)軟連接點(diǎn)合成生物還需要模擬它的鍵26(即它的肢體部分)和連接這些鍵的連接點(diǎn)28的動(dòng)態(tài)特征。解決這個(gè)問題的經(jīng)典方法是在代表每個(gè)肢體部分的鍵之間以數(shù)學(xué)約束條件形式設(shè)置無限剛性的連接點(diǎn)，然后，求解每個(gè)時(shí)刻該系統(tǒng)完整的數(shù)學(xué)模型。遺憾的是，采用這種方法在每個(gè)時(shí)間步的計(jì)算量隨連接點(diǎn)數(shù)的三次方遞增，或者由于需要反演復(fù)雜的非線性函數(shù)關(guān)系(“逆運(yùn)動(dòng)學(xué)”問題)而變得無法處理，因?yàn)楸仨毷孪葘⑼暾拿枋鲞\(yùn)動(dòng)特征的方程組全部用公式表示出來。此外，從總體上看這種方法產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是僵硬的、機(jī)械的，象機(jī)器人一樣。但是，這種傳統(tǒng)的方法得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)動(dòng)物的關(guān)節(jié)在某些方向上是比較僵硬的，而在其它方向上又是靈活的，所以引入一組描述剛性的數(shù)學(xué)約束條件最初看起來是適當(dāng)?shù)?。這種方法在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域也是通用的，在該領(lǐng)域中，設(shè)備的線性運(yùn)動(dòng)自由度和角度自由度都受到限制。
與傳統(tǒng)的方法相反，發(fā)明人給出與其它鍵無關(guān)的每個(gè)鍵26的公式，因此在每個(gè)時(shí)間步的計(jì)算量與鍵26的數(shù)目成正比，而不是與該數(shù)目的三次方成正比。發(fā)明人用術(shù)語“軟連接點(diǎn)”表示這個(gè)概念，因?yàn)檫@是將合成生物10的連接點(diǎn)28和鍵26(即肢體部分)結(jié)合起來進(jìn)行模擬的一種途徑，這種途徑導(dǎo)致非常流暢的柔和自然的造型。由于每個(gè)鍵26的行為都是獨(dú)立的，所以它的運(yùn)動(dòng)方程只需要求解一次。采用這種方法使復(fù)雜的六個(gè)自由度的數(shù)學(xué)模型有可能獲得有意義的近似解，并且將賦予合成生物10真實(shí)感。
發(fā)明人的方法進(jìn)一步計(jì)算在每個(gè)時(shí)間步中連接點(diǎn)28之間的相互作用力。這些力可以利用狀態(tài)變化速度直接依據(jù)連接點(diǎn)28的相互作用狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。但是，應(yīng)當(dāng)理解，常規(guī)的控制規(guī)則可以直接用于本發(fā)明的這個(gè)部分。為了確定復(fù)雜程度和計(jì)算量的變化范圍，可以針對(duì)處理不同級(jí)別的相互作用力改變連接點(diǎn)28的類型，因此在滿足要求的場(chǎng)合可以采用比較簡(jiǎn)單的連接點(diǎn)類型。本發(fā)明方法的另一個(gè)重要的方面是在分層結(jié)構(gòu)中每個(gè)連接點(diǎn)28都與一個(gè)子鍵32締合，而且以一個(gè)非締合鍵30作為逐級(jí)締合的終點(diǎn)，這個(gè)非締合鍵30沒有與它締合的連接點(diǎn)28。這提供了很大的方便，其優(yōu)點(diǎn)是不再有任何定義基礎(chǔ)鍵的問題，而且不再需要計(jì)算質(zhì)量中心的顯解或在創(chuàng)作合成生物期間完成其他冗長的計(jì)算。采用普通的以對(duì)象為目標(biāo)的編程技術(shù)可以形成特殊的鍵26，這些鍵沒有質(zhì)量，或者具有其它特殊性質(zhì)，借此簡(jiǎn)化計(jì)算而且不會(huì)引起不穩(wěn)定性問題。
發(fā)明人用于完成上述計(jì)算連接在一起的剛性鍵的質(zhì)量性質(zhì)的方程如下(ⅰ)用于剛性鍵中速度項(xiàng)和力項(xiàng)的坐標(biāo)變換將加速度ν.0]]>和旋轉(zhuǎn)加速度ω.0]]>賦予以ω旋轉(zhuǎn)的對(duì)象。運(yùn)動(dòng)學(xué)的約束條件指的是在對(duì)象中的a點(diǎn)的局部加速度ν.a]]>和角加速度ω.a]]>為ν.a=ν.0+ω.0×a+ω×(ω×a);ω.a=ω.0]]>借助定義滿足R(-a)=-R(a)=RT(a)的矩陣
我們可以通過下述等式將叉積表示成矩陣的乘積，該等式為a×b=R(a)b=RT(b)a=-R(b)a=R(-b)a=-b×a這允許我們利用所有量的列矢量，包括包含叉積的表達(dá)式。于是加速度方程可以寫作
該方程可以通過反演提供逆變換
作用于a點(diǎn)的力Fa和力矩Ta與作用在重心的力F0和力矩T0是等價(jià)的，即F0=fa；T0=Ta+a×Fa，這樣在考慮力和力矩時(shí)可以采用下述的坐標(biāo)變換
(ⅱ)在連接點(diǎn)上的作用力和它們對(duì)身體運(yùn)動(dòng)的影響假定在連接點(diǎn)a有一個(gè)附加的外部質(zhì)量，它產(chǎn)生的作用力是局部的線性加速度和旋轉(zhuǎn)加速度的函數(shù)，并用局部坐標(biāo)系表示，該方程為
我們首先確認(rèn)在體心表示的力和力矩都必須保持平衡，即
然后將所有的項(xiàng)展開并按照上述的變換將所有的坐標(biāo)變換成體心的局部坐標(biāo)，并且求解必須作用在體心上而且是體心的線性加速度和旋轉(zhuǎn)加速度函數(shù)的力和力矩，即
并項(xiàng)后得到在體心處力與加速度的關(guān)系
概括起來，我們可以說在物體中心的實(shí)際質(zhì)量與力矩的關(guān)系受下式控制，即
其中，
(ⅲ)用于基本質(zhì)量參數(shù)的坐標(biāo)變換將已經(jīng)提供的坐標(biāo)變換代入，可以將計(jì)算質(zhì)量參數(shù)的參考坐標(biāo)變換成不同身體部位的參考坐標(biāo)，所以只要已知?jiǎng)傮w中一點(diǎn)的質(zhì)量參數(shù)，就可以計(jì)算出其它點(diǎn)的質(zhì)量參數(shù)，計(jì)算公式如下
所以，我們可以說坐標(biāo)變化通常會(huì)改變質(zhì)量參數(shù)，結(jié)果如下
對(duì)于用旋轉(zhuǎn)變換矩陣C表示的坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換，可以進(jìn)行下述的相同類型的推演。C是將參考坐標(biāo)系c內(nèi)的坐標(biāo)變換成某個(gè)基本參考坐標(biāo)系0的矩陣，以致形成在矩陣中旋轉(zhuǎn)的基本變換規(guī)律
然后進(jìn)行關(guān)于f的類似計(jì)算
最后得到質(zhì)量參數(shù)變換如下
(ⅳ)在某點(diǎn)輸入力和力矩假定力Fa和力矩Ta作用在點(diǎn)a上持續(xù)時(shí)間為dt。于是，體心的線性動(dòng)量變化dP0和體心的角動(dòng)量變化dH0將由下式給出
(ⅴ)在某點(diǎn)輸入速度變化假定環(huán)境迫使某點(diǎn)的速度發(fā)生瞬時(shí)變化，dv0和dω0。于是，體心的線性動(dòng)量變化dP0和體心的角動(dòng)量變化dH0將以下述方式給出。首先重新寫出某點(diǎn)的基本質(zhì)量方程，于是有
這個(gè)方程可以在上述的基本動(dòng)量方程中使用，于是有
求dt趨于零時(shí)的極限，得到
(ⅵ)在某點(diǎn)輸入速度變化加零力矩當(dāng)輸入是線性速度并且在界面中沒有力矩時(shí)，方程必須重寫，以便求解線性加速度項(xiàng)和力矩項(xiàng)中的力和角加速度，然后變換成物體中心的動(dòng)量變化。為此，將質(zhì)量參數(shù)矩陣Ma分解成若干個(gè)部分，即
讓foadt和toadt趨于零，而Fadt和Tadt保留，重新整理后得到
求出第一個(gè)矩陣的逆矩陣，然后與方程的兩側(cè)相乘，得到
推出需要的各項(xiàng)并變換成體心坐標(biāo)，得到
在Tadt為零時(shí)，該結(jié)果有簡(jiǎn)單的表達(dá)式
對(duì)于沒有其它連接的單一的鍵，我們有
于是，
恢復(fù)成叉積表示法，即
(ⅶ)一個(gè)自由度的笨重鍵的PID控制用于簡(jiǎn)單質(zhì)量的帶PID控制的運(yùn)動(dòng)方程是p.=x;x.=ν;ν.=1mΣf=1m(g-aν-bx-cp)]]>
其中，x是位置，ν是速度，p是總體誤差項(xiàng)。在這里g是外力。數(shù)值a、b、和c代表控制因子，通過選擇控制因子的值使系統(tǒng)獲得需要的閉環(huán)響應(yīng)。
這個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是P(S)G(S)=1/mS3+amS2+bmS+cm]]>其中s代表拉普拉斯算子(d／dt)。借助選擇a、b、c，使它們分別為a=3m／τ；b=3m／τ2；c=m／τ3該系統(tǒng)將在s=-1／τ時(shí)有三個(gè)實(shí)根，所以p的通解將是p(t)=Ae-t／τ+Bte-t／τ+Ct2e-t／τ引入變量u，上式將得到簡(jiǎn)化，以致其它的狀態(tài)變量都可以作為上述方程的導(dǎo)數(shù)被計(jì)算出來，得到在時(shí)間t的解，即u=e-t／τp(t)=Au+Btu+Ct2ux(t)=-Au／τ+Bu-Btu／τ+2Ctu-Ct2u／τν(t)=Au／τ2-2Bu／τ+Btu／τ2+2Cu-4Ctu／τ+Ct2u／τ2當(dāng)t=0時(shí)，上述方程簡(jiǎn)化成p(0)=A；x(0)=-A／τ+B；ν(0)=A／τ2-2B／τ+2C
從上述的初始條件p0=p(0)，x0=x(0)，ν0=ν(0)，得到特解的系數(shù)為A=p0；B=p0／τ+x0；C=-p0／τ2+x0／τ+ν0／2將這些系數(shù)代入上述方程，以便計(jì)算任意狀態(tài)下的特解和恒定不變的控制系數(shù)。具體地說，對(duì)于大模擬時(shí)間步，在PID控制下系統(tǒng)的效能可以用閉環(huán)形式來模擬，而且不因近似而失去精度。
最后，還應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的方法有利于更精致的結(jié)構(gòu)，例如限制動(dòng)量的連接點(diǎn)28、高度非線性的連接點(diǎn)28(如木偶中存在的串聯(lián)關(guān)系)、用于滑稽效果的線繩似的連接點(diǎn)28、以及在動(dòng)物處在不同的引誘狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)的剛性可變連接點(diǎn)28的簡(jiǎn)單組合、或者控制性能由概率定義而不由確定的函數(shù)關(guān)系定義的均衡連接點(diǎn)。
(D)運(yùn)動(dòng)的浮力控制在試圖模擬四足動(dòng)物(如狗、貓、大象等)時(shí)，往往出現(xiàn)一些問題，這是因?yàn)樗鼈兊拇蟛糠仲|(zhì)量在腳的上方。為了逼真地模擬四足動(dòng)物，被模擬的合成生物10有時(shí)(例如在奔跑時(shí))必須通過靜態(tài)不穩(wěn)定位置運(yùn)動(dòng)，不幸的是，這樣模擬的動(dòng)物容易跌倒。當(dāng)然，這個(gè)問題在模擬人和雙足動(dòng)物時(shí)甚至變得更為突出。
解決這個(gè)問題的經(jīng)典方法是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制。首先，系統(tǒng)配置必須齊全，足以使所有的狀態(tài)變量都是“可觀測(cè)的”，以便利用系統(tǒng)控制理論的專業(yè)術(shù)語。通常，這要求對(duì)于每個(gè)狀態(tài)變量至少有一個(gè)測(cè)量結(jié)果。在模擬中，這些量是可以直接利用的，但是對(duì)于普通的合成生物10(比如說有21個(gè)鍵26的合成生物)，還是需要觀測(cè)126個(gè)變量(21×6=126)。按照控制規(guī)律將這些測(cè)量結(jié)果并入，以便控制這20個(gè)連接點(diǎn)28中的每個(gè)連接點(diǎn)，即這120個(gè)自由度中的每個(gè)自由度。由于涉及運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)，線性控制規(guī)律在這里是不適用的，并且利用這種方法迅速地全面解決這個(gè)問題也是不實(shí)際的。
為了解決這個(gè)問題，發(fā)明人返回到人機(jī)工程學(xué)，采用交叉模型(crossover model)。這個(gè)交叉模型說的是當(dāng)人作為控制的一個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)(例如控制汽車或飛機(jī))，盡管該系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)受控的開環(huán)系統(tǒng)并在諸如反應(yīng)時(shí)間和強(qiáng)度等方面受人為因素的限制，但是他(或她)的工作都將使系統(tǒng)的閉環(huán)行為穩(wěn)定并且始終如一。在控制獨(dú)立肢體部分時(shí)或在控制完整的系統(tǒng)(如一個(gè)動(dòng)物)時(shí)采用這個(gè)模型，發(fā)明人能夠獲得可計(jì)算的穩(wěn)定控制而且不犧牲真實(shí)感。簡(jiǎn)單地說，因?yàn)楹铣缮铩M狗10的表現(xiàn)好象是它的頭部鍵34能飄浮，所以，在模擬時(shí)給它的頭部鍵34提供浮力是一種充分的強(qiáng)制模擬(參見圖4中的負(fù)重量48)。
為此，發(fā)明人將每個(gè)鍵26的質(zhì)量與重量分開，并且分別進(jìn)行處理。這兩個(gè)概念往往被沒有經(jīng)驗(yàn)的人混淆，而且英國的測(cè)量體系至今仍然是混亂的，用相同的名稱表示地心引力產(chǎn)生的重量(磅-重量)和保持靜止或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(磅-質(zhì)量)。雖然公制體系將它們分成“牛頓”和“千克”，但是人們通常還是用家用磅秤以“千克”稱他們的重量。區(qū)分重量和質(zhì)量的能力由于在日常生活中只有為數(shù)不多的幾種物體具有正質(zhì)量和負(fù)重量而被弄得含糊不清。例如，氦氣球具有這些性質(zhì)，它的質(zhì)量可以忽略不計(jì)，當(dāng)氦氣球在加速的汽車中由于周圍空氣的浮力作用向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使人們感到驚訝。
在發(fā)明人的模擬方法中，在正常的控制下保持接近地面的鍵26獲得一附加的正重量46(用箭頭描述)，而在正常的控制下保持高高在上的鍵26(如頭部鍵34)獲得一負(fù)重量48(也用箭頭描述)。如果重量增量的代數(shù)和趨于零，那么將沒有凈重量加到這組鍵26上，于是這組鍵在該環(huán)境內(nèi)的微觀行為將保持真實(shí)感。此外，可以將一對(duì)正重量46和負(fù)重量48加到同一個(gè)鍵26上，以便提供力矩型的飄浮性質(zhì)(參見圖4中的頭部鍵34)。例如，對(duì)于控制合成生物10的頭部鍵26這樣做是適當(dāng)?shù)?，因?yàn)樽钫鎸?shí)的動(dòng)物都寧愿盡可能地保持它們的頭在豎直的位置，這也是人們所期望的。
(E)合成生物的動(dòng)作動(dòng)作18是合成生物10能夠完成的動(dòng)作基元。主要的實(shí)例包括運(yùn)動(dòng)50和聲音52，盡管還可能有其它類型的動(dòng)作18(例如特殊的信息交流或表情，例如小丑型的合成生物10在它做了使它感到窘迫的某些事情時(shí)臉紅的表情)。重要的是創(chuàng)作一批合成生物10可能完成的動(dòng)作18，并借此生成有用的動(dòng)作基元庫，以后可以利用這個(gè)基元庫創(chuàng)作更復(fù)雜的行為20。
實(shí)際上，大多數(shù)動(dòng)作18是運(yùn)動(dòng)50，是按步進(jìn)次數(shù)60分解的受特征16和宇宙14制約的姿勢(shì)58序列。姿勢(shì)58是合成生物10的鍵26和連接點(diǎn)28符合需要的幾何形狀。作為明確的約定，發(fā)明人還將單一姿勢(shì)58作為運(yùn)動(dòng)50處理，并且將動(dòng)作18的正常姿勢(shì)59定義為由特征16的幾何形狀首先控制的姿勢(shì)58。
圖5是仿效定時(shí)線和描述典型的合成生物…狗10跳躍的影像圖。姿勢(shì)0(58a)是合成生物10處在正常姿勢(shì)59。在步進(jìn)0(60a)之后合成生物10處在姿勢(shì)1(58b)，后腿下蹲。在步進(jìn)1(60b)之后合成生物10處在姿勢(shì)2(58c)，前腿向下彎曲。在步進(jìn)2(60c)之后合成生物10處在姿勢(shì)3(58d)，前后腿伸展，向空中躍起。在步進(jìn)3(60d)之后合成生物10達(dá)到姿勢(shì)4(58e)，前后腿著陸，稍微彎曲以吸收沖擊。最后，在步進(jìn)4(60e)之后合成生物10達(dá)到姿勢(shì)5(58f)，普通的完成位置(或許是與正常姿勢(shì)59完全相同，但是有許多略有不同的姿勢(shì)58可供選擇，以便逼真地描述合成生物10的外貌)。
聲音52是另一種重要的動(dòng)作18類型。聲音52的一個(gè)實(shí)例是合成生物…狗10陷入某件事情時(shí)發(fā)出的叫聲。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，用回放預(yù)先錄制的聲音文件來處理聲音52，這些聲音文件可以做成常規(guī)的計(jì)算機(jī)格式(例如WAV型或MIDI型聲音文件)。
(F)合成生物的行為合成生物10的智能行為是作為若干組既有協(xié)同又有競(jìng)爭(zhēng)的過程來創(chuàng)建的，它使人感受到合成生物的自主性和意識(shí)，以及諸如故障弱化之類的性質(zhì)和采用早期技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的可變性。通過采用這種方法以及在這里介紹的其它技術(shù)，與當(dāng)前使用的諸方法相比可以大大減少計(jì)算量，首次使人們能夠利用個(gè)人計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)模擬復(fù)雜程度中等的動(dòng)物。
行為20是用戶最終對(duì)合成生物10的綜合活動(dòng)的理解。行為20的一個(gè)實(shí)例或許是合成生物10追球。行為20在抽象級(jí)別上將包含諸如奔跑、轉(zhuǎn)身、和吼叫之類的動(dòng)作18，而動(dòng)作本身的級(jí)別又高于特征16，特征16規(guī)定肢體的運(yùn)動(dòng)范圍和連接點(diǎn)的彈性之類的細(xì)節(jié)(即鍵26和連接點(diǎn)28)。
為了定義合成生物10的總體行為20(即它的智慧)，發(fā)明人使用行為樹72，這是非必選的遞歸的子行為74的譜系，該譜系由行為20和動(dòng)作18組成(參見圖18和圖19，在后面的章節(jié)…實(shí)施中詳細(xì)討論)。合成生物10的總體行為20是通過執(zhí)行過程表現(xiàn)出來的，執(zhí)行過程從行為樹72的根部開始，通過枝干直到抵達(dá)葉片(即動(dòng)作18)為止。在發(fā)明人的計(jì)劃中，子行為74被分成四種類型，即順序型子行為76、平行型子行為78、決定型子行為80、和中斷型子行為82。當(dāng)然，如果需要還可以有其它類型，但是從概念上說，至今遇到的所有情況似乎都可以在這四種類型以遞歸方式組成的行為樹的枝干上找到。例如，計(jì)劃和識(shí)別都可以作為采用決定型子行為80的結(jié)構(gòu)來執(zhí)行。具體地說，具有廣泛的學(xué)習(xí)能力的合成生物10很可能需要具有增刪行為20的能力，以便從總體上發(fā)展它現(xiàn)有的行為20(即學(xué)習(xí))。
順序型子行為76被表示成子行為74的排序表，而它本身又可以是另一種子行為74。對(duì)于順序型子行為76，表內(nèi)的子行為74順序決定它們的執(zhí)行順序。平行型子行為78被表示成子行為74的無序表(即順序是不確定的)，表中列出的所有分支子行為74同時(shí)執(zhí)行。
決定型子行為80也被表示成無序表，(在優(yōu)選的實(shí)施方案中)該表中的每個(gè)子行為74最初都具有一個(gè)相等的加權(quán)因子88，隨后可以由作者調(diào)整這些加權(quán)因子88。在開始執(zhí)行決定型子行為80時(shí)，依據(jù)加權(quán)因子88的組合給定的概率分布進(jìn)行隨機(jī)選擇和評(píng)估，以決定執(zhí)行哪個(gè)子行為74。采用這種非常簡(jiǎn)單的原則，決定型子行為80能夠獲得十分復(fù)雜的結(jié)果(如個(gè)性)。為了領(lǐng)會(huì)這個(gè)概念，人們僅僅需要理解現(xiàn)實(shí)本身就是隨機(jī)的，因此在建立模型時(shí)也需要一些隨機(jī)量作為輸入。
中斷型子行為82被表示成一個(gè)缺省子行為90和一個(gè)主要刺激92與相關(guān)的子行為94配對(duì)的排序表。在開始執(zhí)行中斷型子行為82時(shí)，評(píng)估所有的主要刺激92，并執(zhí)行第一個(gè)與主要刺激92對(duì)應(yīng)的相關(guān)的子行為94。如果沒有主要刺激92，執(zhí)行缺省子行為90。
例如，描述合成生物…貓10的行為樹72的一部分可能是這樣的主行為(中斷型)<空>睡覺(平行型)
<公雞打鳴>醒來(平行型)瞇起眼睛(順序型)興奮起來(中斷型)<空>注視魚(順序型)向魚盆走去(順序型)盯著魚(順序型)對(duì)魚作出反應(yīng)(決定型)撲向魚盆(順序型)[1]把爪子伸進(jìn)魚盆(中斷型)[1]<呵斥>對(duì)主人作出反應(yīng)(決定型)向主人走去(順序型)[5]等待主人走過來(平行型)[1]躲起來(中斷型)
……<呼喚吃飯>向廚房跑去(順序型)……在這個(gè)實(shí)例中，子行為74的類型用圓括號(hào)標(biāo)出，主要刺激92用尖括號(hào)標(biāo)出(<空>與缺省的子行為90對(duì)應(yīng))，方括號(hào)內(nèi)是加權(quán)因子88的數(shù)值。在上述實(shí)例中，標(biāo)明“對(duì)魚作出反應(yīng)”的決定型子行為80中每個(gè)子行為74具有全然相等的加權(quán)因子88，好象缺省的加權(quán)因子尚未經(jīng)過調(diào)整。反之，標(biāo)明“對(duì)主人作出反應(yīng)”的決定型子行為80中每個(gè)子行為74具有不同的加權(quán)因子88，這樣提高了執(zhí)行標(biāo)明“向主人走去”的子行為74的概率，降低了執(zhí)行標(biāo)明“躲起來”的子行為74的概率(即這個(gè)貓型合成生物10作為其個(gè)性的一部分對(duì)主人的反應(yīng)是隨機(jī)的)。
在上述的實(shí)例中，說明了合成生物10個(gè)性的基本特征。復(fù)雜得多的個(gè)性用決定型子行為80很容易實(shí)現(xiàn)。例如，合成生物10采用標(biāo)準(zhǔn)的Myers-Briggs型個(gè)性優(yōu)先權(quán)變量，以達(dá)到與人非常相似的個(gè)性平衡，如外向型與內(nèi)向型的平衡、敏感與直覺的平衡、思維與感觸的平衡、以及判斷力與理解力的平衡。此外，使用其他的個(gè)性“引擎”也完全可能，這是顯而易見的。
(G)基于過程的智能盡管描述當(dāng)前用于探討智能的各種方法的特征是困難的，但是大體上與經(jīng)典的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)等價(jià)的方法對(duì)于研究是有用的。被模擬的生命得到一種中心控制方法、一組它能夠完成的任務(wù)、一個(gè)棧幀(a stack frame)、以及一個(gè)在新任務(wù)出現(xiàn)時(shí)用于完成任務(wù)切換的搶先系統(tǒng)。盡管這種方法有一些優(yōu)點(diǎn)，但是它還是有局限性。首先，這樣的系統(tǒng)一次只能做一件事情，這非常象計(jì)算機(jī)。其次，該系統(tǒng)經(jīng)常失敗。例如，當(dāng)一個(gè)棧幀出現(xiàn)故障時(shí)，所有的系統(tǒng)都立即停止。第三，從方法上說這種方法是定向的，所以利用這些范例很難獲得高級(jí)行為。
本發(fā)明的方法避免了這些問題，其方法是將一組為了達(dá)到具體目的而相互制約的獨(dú)立的行為20(即過程，參見圖6和圖7)賦予合成生物10。此外，這些行為20可以由其它的行為20自由地起動(dòng)或結(jié)束，因此創(chuàng)造了子行為74的遞歸行為樹72分層結(jié)構(gòu)。例如，在正常情況下動(dòng)物身體部分的功能取決于動(dòng)物的行為。在不同的時(shí)刻，動(dòng)物的頭可以用于保持行走時(shí)的平衡、用于表示視線的大致方向、或用于傳遞它希望得到食物或引起注意的信息。在本發(fā)明的方法中，獨(dú)立的行為20用于控制某些事情，如頭面對(duì)的方向、眼睛的凝視、航行和興奮狀態(tài)等。通過以這種方法實(shí)現(xiàn)智能，發(fā)明人完成一種故障弱化。當(dāng)有關(guān)的行為20由于遭到破壞或不能利用或還在設(shè)計(jì)和研制中而失敗時(shí)，具體的行為20仍然能夠?qū)λ挠邢薜哪芰Ξa(chǎn)生影響。通常人們認(rèn)為有機(jī)系統(tǒng)往往具有這種故障弱化的性能，而在以機(jī)械為主的系統(tǒng)或仿真系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)故障弱化。
在其它條件一樣時(shí)，變化是在行為20可以在某些特定條件下開始時(shí)或在為了同一目的隨機(jī)選擇不同的行為20時(shí)獲得的。
例如，研究凝視方向、頭的方向、和身體的定位之間的相互作用是有用的。觀察真實(shí)動(dòng)物向我們表明當(dāng)感性趣的事物(如飛行)在狗的視野中心附近時(shí)，只有眼睛在運(yùn)動(dòng)以便盯著它。當(dāng)越飛越遠(yuǎn)時(shí)，頭也跟著運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這樣還不夠時(shí)，身體也要運(yùn)動(dòng)，如有必要首先改變站或坐的位置。
在典型的探討智能的計(jì)算方法中，為了完成眼睛的定位必須同時(shí)解決頭和身體的定位問題。此外，當(dāng)動(dòng)物在使眼睛定位時(shí)，必須同時(shí)完成頭和身體的定位。通常在全面解決問題之前既不能實(shí)現(xiàn)眼睛的定位也無法試驗(yàn)。
正象在圖6中描述的那樣，在本發(fā)明以過程為基礎(chǔ)的方法中，如有可能，眼睛定位行為98僅僅由眼睛鍵36的定位組成，或者在目標(biāo)太遠(yuǎn)超出視場(chǎng)時(shí)包括頭部鍵34的定位。為了完成眼睛定位行為98，不需要頭部定位行為100或身體定位行為102的細(xì)節(jié)。在執(zhí)行中，無論合成生物10是坐著還是站著，是在走動(dòng)還是在追擊，眼睛定位行為98都繼續(xù)進(jìn)行，而且沒有需要解決的瓶頸(即過程中的沖突)。但是，正象在圖7中描述的那樣，如果頭部定位行為100被破壞或尚未完成(如不正常的頭部定位104所示)，眼睛定位行為98仍然可以起作用，或者至少可以進(jìn)行試驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)理解這種方法對(duì)于建立其它方面的智能模型也是有用的。
(H)刺激和環(huán)境變量在本發(fā)明中，刺激62和環(huán)境變量64用于控制行為20的行為樹72的運(yùn)行時(shí)執(zhí)行。用編程術(shù)語，刺激62作為表示諸如真?zhèn)巍⑼〝嗟榷M(jìn)制狀態(tài)的“標(biāo)記”發(fā)揮作用。所有的刺激62都與全球定位68有關(guān)，全球定位68用于識(shí)別在環(huán)境22中刺激62在運(yùn)行時(shí)起源于何處。一個(gè)實(shí)例是合成生物10感覺球的存在(即判斷球的存在是真還是偽)。由于全球定位68與表示球是否存在的刺激62相聯(lián)系，所以合成生物10能夠支配它的注意力并且最終支配它的行為20。在另一個(gè)實(shí)例中，單擊鼠標(biāo)型刺激62意味著看用戶，該刺激62可以有用戶全球定位68(即進(jìn)入合成生物10世界的屏幕或窗口)用于改變合成生物10的方向。
與刺激不同，環(huán)境變量64是實(shí)數(shù)值，該變量可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地進(jìn)一步影響作為決定型子行為80一部分的子行為74運(yùn)行概率(即修改創(chuàng)作期間作者借助加權(quán)因子88設(shè)置的概率)。環(huán)境變量64的一個(gè)實(shí)例或許是被標(biāo)注為“黑夜”的實(shí)數(shù)值，用該實(shí)數(shù)值將關(guān)于環(huán)境黑暗程度的信息傳遞給控制合成生物10笨拙程度的決定型子行為80。
(I)合成生物的環(huán)境環(huán)境22是合成生物10周圍空間具體的物理特征和視覺特征，包括地板和墻壁之類的限制表面、空氣和水之類的分布型物質(zhì)、重力場(chǎng)之類的自由場(chǎng)、以及象樹木傾倒和地震之類的事件。因此，環(huán)境22變得十分復(fù)雜，盡管這種復(fù)雜的環(huán)境并不總是必要的。事實(shí)上，從理論上說合成生物10可以沒有任何環(huán)境22，盡管這樣的合成生物10或許不能令用戶十分滿意。此外，合成生物10可以放在多重環(huán)境中，甚至穿越多重環(huán)境。例如，或許可以創(chuàng)作一種多重環(huán)境22，其一好象地球上的背景，其二好象月亮上的背景，只要采用同一宇宙14，這將是兩個(gè)用于合成生物10的有效環(huán)境。
參照?qǐng)D1，環(huán)境22的主要組成部分包括可見的背景106、靜態(tài)對(duì)象108、和動(dòng)態(tài)對(duì)象110。當(dāng)然，很容易想象和補(bǔ)充其他用于在環(huán)境中使用的成分，但是在這里只討論這幾種，以有利于理解發(fā)明的合成生物10。
可見的背景106由底表面112(例如建筑物外面的地面或建筑物內(nèi)的地板)和遠(yuǎn)景114，其中遠(yuǎn)景既可以僅僅是水平方向可見的360度全景(即沒有“頂部的”景象)，也可以是真實(shí)的半球形的天空全景。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，將預(yù)先錄制的位圖(bit-map)用于底表面112和距離視野114。
靜態(tài)對(duì)象108是在環(huán)境22中不能運(yùn)動(dòng)的物體。實(shí)例包括樹木和墻壁。靜態(tài)對(duì)象108要求頻繁計(jì)算用戶看到的情景(即靜態(tài)對(duì)象108是在合成生物10的前面還是后面，或動(dòng)態(tài)對(duì)象110相對(duì)靜態(tài)對(duì)象的距離；類似于子畫面問題)。靜態(tài)對(duì)象108還要求解決空間沖突，因?yàn)楹铣缮?0或動(dòng)態(tài)對(duì)象110只能在靜態(tài)對(duì)象108(比如樹)的前面或后面運(yùn)動(dòng)，但不能直接穿越靜態(tài)對(duì)象。
遺憾的是，這些要求需要使用相當(dāng)大的運(yùn)行時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而增加了總開銷。所以，對(duì)于簡(jiǎn)單的環(huán)境22不考慮靜態(tài)對(duì)象108往往是最容易的，而且在某些制作中發(fā)明人已經(jīng)這樣做了，在空曠的場(chǎng)地或海灘上繪制合成生物10。更遺憾的是，往往需要相當(dāng)多的靜態(tài)對(duì)象108。例如森林、迷宮和擺放了各式各樣家具的房間。因此，作者不得不依靠某些技巧來減少使用靜態(tài)對(duì)象108，比如將所有的樹木和家具置于遠(yuǎn)景114中，于是合成生物10總是在該遠(yuǎn)景的前面活動(dòng)。
盡管發(fā)明人在這里并沒有直接提出解決上述的靜態(tài)對(duì)象108問題的方法，但是應(yīng)當(dāng)看到應(yīng)用這里介紹的有效地模擬合成生物10的技術(shù)將大大節(jié)約運(yùn)行時(shí)資源。
與靜態(tài)對(duì)象108相反，動(dòng)態(tài)對(duì)象110在環(huán)境22中活動(dòng)。動(dòng)態(tài)對(duì)象110的一些實(shí)例包括球之類的玩具和其他的合成生物10。合成生物10可以自己玩球(即動(dòng)態(tài)對(duì)象110)，也可以與用戶一起玩。它可以暗示球在運(yùn)動(dòng)，然后去追，象需要的那樣在球的前后奔跑?；蛘哂捎脩粢苿?dòng)球(比如說用鼠標(biāo)單擊并拖動(dòng)球，讓它去追。類似地，第一個(gè)合成生物10可以在該環(huán)境中與其它合成生物10相互配合。應(yīng)當(dāng)注意多個(gè)合成生物10之間的相互作用可能是十分復(fù)雜的，例如不僅涉及位置信息(如追球場(chǎng)景中的位置信息)，而且涉及配音(象貓或狗的叫聲)，甚至涉及其它類型的信息(例如在狗遇到臭鼬的場(chǎng)景中氣味的相互作用)。
動(dòng)態(tài)對(duì)象110與靜態(tài)對(duì)象108一樣，具有貼近觀眾和空間位置沖突的問題。但是，通常是有節(jié)制地使用動(dòng)態(tài)對(duì)象110。因?yàn)樵趫?chǎng)景中獨(dú)立活動(dòng)的單元太多會(huì)使觀眾眼花繚亂，所以作者通常只需要為數(shù)不多的幾個(gè)主要的合成生物10，以使觀眾關(guān)注作者的創(chuàng)作意圖。至今在大多數(shù)配置中，發(fā)明人還沒有遇到同時(shí)需要多于兩三個(gè)動(dòng)態(tài)對(duì)象110的場(chǎng)景(但是，這并不是限制，如果需要并且有運(yùn)行時(shí)資源的支持，更大的數(shù)目無疑是可能的)。
(2)合成生物的實(shí)施前面的章節(jié)已經(jīng)介紹了發(fā)明人制作合成生物10的方案。實(shí)施該方案需要一些工具，即用于作者在創(chuàng)作合成生物10時(shí)以計(jì)算機(jī)可讀格式應(yīng)用該方案的創(chuàng)作環(huán)境200(未示出)和最終將完成的合成生物10提供給觀眾的運(yùn)行時(shí)計(jì)算機(jī)202(也未示出)。
(A)創(chuàng)作環(huán)境如上所述，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用不同的層面12(見圖1)進(jìn)行創(chuàng)作可以獲得相當(dāng)大的編程效率。所以用于每層面12的各具特色的工具是人們所希望的(不用“需要”這個(gè)詞是因?yàn)閷⒐ぞ叻珠_并非絕對(duì)必要，因此不應(yīng)當(dāng)把它看作是對(duì)本發(fā)明實(shí)際范圍的限制)。正象在各張圖中所描述的那樣，各種工具的優(yōu)選實(shí)施方案的基本形式分別借助各種普通的參考特征來描述，這些參考特征分別是用于非必選的宇宙編輯器的普通的參考特征204(未示出)、用于本發(fā)明的特征編輯器的普通的參考特征206(具體地示于圖8至圖15c)、用于本發(fā)明的動(dòng)作編輯器的普通的參考特征208(具體地示于圖16和圖17)、用于本發(fā)明的行為編輯器的普通的參考特征210(具體地示于圖18至圖21)、用于本發(fā)明的環(huán)境編輯器的普通的參考特征212(未示出)。
(ⅰ)非必選的宇宙編輯器如上所述，創(chuàng)作宇宙14(圖1)的最簡(jiǎn)單的方式是簡(jiǎn)單地將物理學(xué)24(例如描述“正常地球”的常規(guī)方程和系數(shù))“硬性編入”特征16(更正確地說，將這種能力集中到特征編輯器206中，以致物理學(xué)24在創(chuàng)作時(shí)就變成每個(gè)特征16的一部分)。而不是使用發(fā)明人針對(duì)所有的實(shí)施方案已經(jīng)完成的獨(dú)立的宇宙編輯器204。但是，補(bǔ)充了一個(gè)額外的小步驟，即增添用戶界面，以允許作者改變宇宙14的物理學(xué)24，譬如輸入非牛頓方程或異常的地球系數(shù)(即物理常數(shù)，如萬有引力、摩擦和材料的彈性)。
創(chuàng)作這樣的宇宙14將包括輸入或選擇物理常數(shù)214(如萬有引力、摩擦等)，以及輸入或修改標(biāo)準(zhǔn)方程216(如牛頓的運(yùn)動(dòng)方程)，這兩部分合在一起給出任何對(duì)象(即不僅限于合成生物10)在該宇宙14內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。
(ⅱ)特征編輯器在優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一項(xiàng)主要?jiǎng)?chuàng)作任務(wù)是建立合成生物10的特征16(即合成生物10的三維物理模型，包括形狀、結(jié)構(gòu)和視覺特征)。這要求規(guī)定鍵26(即肢體)和連接點(diǎn)28之間的關(guān)系。為了創(chuàng)作新的特征16、編輯現(xiàn)有的特征16和檢驗(yàn)這些特征16，人們需要工具，在優(yōu)選的實(shí)施方案中這個(gè)角色由特征編輯器206來承擔(dān)。
圖8至圖15描述在應(yīng)用中取自典型的特征編輯器206的各種屏幕顯示?，F(xiàn)在看看圖8，特征編輯器206向作者提供了一個(gè)特征編輯屏218，在該編輯屏頂部有一信息欄220和一菜單欄222。通過輸入鍵26與連接點(diǎn)28的聯(lián)系來建立一個(gè)合成生物10，該合成生物10位于特征編輯屏218中，中心在地板柵格224上方并且最初在帶橫穿背景的水平線228的垂直平面柵格226的中央。在用鼠標(biāo)雙擊現(xiàn)有的鍵26或用熱鍵選擇該鍵26時(shí)將進(jìn)一步出現(xiàn)特征性質(zhì)窗230(圖9)，該特征性質(zhì)窗可以在特征編輯屏218內(nèi)被作者拖到任何地方。
圖9描繪了特征性質(zhì)窗230的主要組成部分，包括色彩特性滑鍵232、連接點(diǎn)類型按鈕組234、命名欄236、視覺特性復(fù)選框238、連接點(diǎn)特征行240、鍵物理特征行242和鍵結(jié)構(gòu)特征行244。
色彩特性滑鍵232控制色調(diào)、飽和度和亮度。初始顏色可在菜單欄222中選定，或設(shè)置缺省值。一旦選定了鍵26的顏色，下一次自動(dòng)生成的鍵26的顏色將略有差異，以便區(qū)分相鄰的兩個(gè)鍵26。作者可以利用菜單欄222控制進(jìn)一步自由地改變顏色。
連接點(diǎn)類型按鈕組234供作者選擇鍵26的結(jié)構(gòu)類型，包括接觸型(即與上級(jí)鍵26剛性連接(例如，在圖10中連接子鍵32與非締合鍵30的連接點(diǎn)28)、連接型(能繞一條或多條軸就地旋轉(zhuǎn))、動(dòng)態(tài)型(模擬基本運(yùn)動(dòng))和笨重型(具有全面模式化的運(yùn)動(dòng)特征)。
命名欄236提供一下拉選擇表，該表列出身體各部分(如頭、右肩等)的常用標(biāo)記，而且有補(bǔ)充新標(biāo)記的創(chuàng)作能力。使用標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)記(優(yōu)選用習(xí)慣的標(biāo)記)使創(chuàng)作成果可以跨層面12重復(fù)使用和移植。例如，合成生物…貓10的動(dòng)作18和子行為18利用這種常用標(biāo)記可以轉(zhuǎn)移給合成生物…狗10。
視覺特性復(fù)選框238允許選擇選定鍵20的表示法，包括被遮蔽鍵的表示法、不透明鍵的表示法和不可見鍵表示法。注意，這些是鍵26的表示法，而不必是用戶看到的最終的視覺效果。那些可以借助紋理252或借助在運(yùn)行時(shí)環(huán)境22中發(fā)光部分進(jìn)行修改。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，這類表示法用于規(guī)定鍵26的某些物理性能。表示成視覺上被遮蔽的鍵26(見圖14中的陰影246)還可相互穿過。反之，不透明的鍵20鑄成可見的影子(見圖11中的影子248)并且可能與其它鍵26碰撞(即意識(shí)到其他的鍵26并且不占據(jù)同一空間)。不可見型的鍵26是看不見的，對(duì)于補(bǔ)充隱藏的機(jī)械性能是有用的，因此往往獲得臆想不到的效果。
連接點(diǎn)特征行240控制滑動(dòng)速度(鍵26的滑移速度)、轉(zhuǎn)動(dòng)速度(鍵26旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度)和鍵26的復(fù)原時(shí)間(非常象某些常見的肌肉結(jié)構(gòu)，收縮和伸展速度不同；這僅僅適用于笨重型鍵)。鍵的物理特征行242控制選定鍵26的密度和浮力。
鍵結(jié)構(gòu)特征行244控制鍵26的網(wǎng)格250和表面紋理252。在優(yōu)選的實(shí)施方案中鍵26的缺省網(wǎng)格250是橢球(例如，見圖15b)。但是，這種網(wǎng)格是可由作者改變的，比如說在圖15c所示的表面紋理252實(shí)例之下的圖15b所示的不規(guī)則的四邊形或海豚形。大量的結(jié)構(gòu)形狀變化可以用常規(guī)的網(wǎng)格型結(jié)構(gòu)表示出來，本發(fā)明完全能夠使用這類結(jié)構(gòu)。(應(yīng)當(dāng)特別注意盡管為了簡(jiǎn)單圖中提出的大多數(shù)實(shí)例采用橢球網(wǎng)格，但是，許多合成生物10的實(shí)施將使用更復(fù)雜的網(wǎng)格250。表面紋理252是在鍵26表面上的共形映射(例如，在圖15b中“包裹”在海豚合成生物10上的位圖)。表面紋理252對(duì)賦予合成生物10“皮膚”非常有用，一些復(fù)雜的實(shí)例是絨毛和爬行動(dòng)物的鱗片(圖中提出了幾種表面紋理252的實(shí)例，但是熟悉這項(xiàng)技術(shù)的人將看到本發(fā)明能夠非常廣泛地應(yīng)用表面紋理252)。
特征編輯器206采用的優(yōu)選的實(shí)施方案的許多特點(diǎn)是用熱鍵和單擊并拖動(dòng)鼠標(biāo)的操作來存取的。例如，在圖8中，用戶已經(jīng)單擊并拖動(dòng)鼠標(biāo)以調(diào)整鍵26的大小。在圖10中，第二個(gè)鍵26已經(jīng)被添加上去(在這里兩個(gè)鍵26都用橢圓表示，以突出連接點(diǎn)28)，并且已經(jīng)采用了雙擊并拖動(dòng)鼠標(biāo)的操作以將連接點(diǎn)28添加在鍵26之間(在這個(gè)點(diǎn)精確地制作了一個(gè)子鍵32與另一個(gè)非締合鍵30)。在圖11中，左側(cè)的前后足鍵42已經(jīng)被添加上去。在圖12中，作者已經(jīng)在特征編輯屏218中旋轉(zhuǎn)視圖(通過熱鍵存取攝影按鈕點(diǎn)陣；這將在下面對(duì)動(dòng)作編輯器208和行為編輯器210的介紹中詳細(xì)說明)，通過對(duì)稱拷貝左側(cè)足鍵42，建立右側(cè)足鍵42。在圖13中，將基本的頭鍵34的子結(jié)構(gòu)添加到合成生物10上，在圖14中完整的合成生物10的結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成。
(ⅲ)動(dòng)作編輯器為了完成本發(fā)明定義的合成生物10，還需要?jiǎng)?chuàng)作新動(dòng)作18、編輯現(xiàn)有動(dòng)作18、以及檢驗(yàn)動(dòng)作18的工具。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，這個(gè)角色由動(dòng)作編輯器208來承擔(dān)。正象前面討論的那樣，動(dòng)作18被編排在一個(gè)(無序的)表中存儲(chǔ)起來。在發(fā)明人提出的優(yōu)選的實(shí)施方案中，動(dòng)作編輯器208掌握的動(dòng)作18僅僅是運(yùn)動(dòng)50。雖然聲音52從概念上說也是動(dòng)作18，但是在后面的行為編輯器210中才規(guī)定它們。這樣做的一個(gè)基本理由是輸入、更改、和檢驗(yàn)聲音52的能力在行為20層面12上對(duì)作者才有用。但是，應(yīng)當(dāng)理解這是設(shè)計(jì)優(yōu)先權(quán)的問題，并且聲音52以及其他類型的動(dòng)作(包括由客戶為特殊配置而定義的動(dòng)作)都能夠由動(dòng)作編輯器208的另一種直達(dá)式配置來控制。
圖16和圖17描述典型的動(dòng)作編輯器208在使用中提供的屏幕顯示。在圖16中動(dòng)作編輯器208向作者提供了一個(gè)動(dòng)作編輯屏254，在該編輯屏的頂部有信息條256和菜單條258。一旦調(diào)用(即打開包含特征16定義的文件)，合成生物10出現(xiàn)在動(dòng)作編輯屏254的中心，在地板柵格260的上方并且有水平線262橫穿背景。進(jìn)一步出現(xiàn)的是核心姿勢(shì)控制窗264，在動(dòng)作編輯屏254內(nèi)作者能夠?qū)⑺系饺魏挝恢谩?br> 圖17更詳細(xì)地說明圖16的核心姿勢(shì)控制窗264。優(yōu)選的核心關(guān)鍵姿勢(shì)控制窗264包括5個(gè)主要的子控制組，包括姿勢(shì)控制組266、動(dòng)作控制組268、步進(jìn)控制組270、模擬控制組272、和攝影控制組274。
優(yōu)選的姿勢(shì)控制組266向作者提供對(duì)獨(dú)立姿勢(shì)58細(xì)節(jié)的控制，并包括姿勢(shì)識(shí)別行276、姿勢(shì)識(shí)別表278、創(chuàng)建姿勢(shì)按鈕280、姿勢(shì)復(fù)位按鈕282、和刪除姿勢(shì)按鈕284。當(dāng)前動(dòng)作18的當(dāng)前姿勢(shì)58的名稱出現(xiàn)在姿勢(shì)識(shí)別行276中，姿勢(shì)58的排序表(圖17)出現(xiàn)在姿勢(shì)識(shí)別表278中。在姿勢(shì)識(shí)別表278中適當(dāng)?shù)倪x擇姿勢(shì)58(例如，借助諸如鼠標(biāo)雙擊或在向上翻卷時(shí)按輸入鍵之類的常規(guī)選擇方法)使某個(gè)姿勢(shì)58變成選定姿勢(shì)58，并且使該姿勢(shì)的名稱出現(xiàn)在姿勢(shì)識(shí)別行276中。如果該表超出可利用的空間，姿勢(shì)識(shí)別表278變成可向上翻卷的表(在該圖中姿勢(shì)識(shí)別行276和姿勢(shì)識(shí)別表278有點(diǎn)象是一個(gè)，但是，它們?cè)诠δ苌鲜怯袇^(qū)別的)。
為了給當(dāng)前選中的動(dòng)作18建立新姿勢(shì)58可借助按壓創(chuàng)建姿勢(shì)按鈕280來完成的。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，姿勢(shì)58被自動(dòng)地命名為姿勢(shì)0、姿勢(shì)1、姿勢(shì)2…。所以，一旦按下創(chuàng)建姿勢(shì)按鈕280，新的姿勢(shì)名就出現(xiàn)在姿勢(shì)識(shí)別行276中。然后，作者在動(dòng)作編輯屏254中單擊并拖動(dòng)合成生物10中組成當(dāng)前姿勢(shì)58的鍵26，直至姿勢(shì)58令人滿意為止。雙擊姿勢(shì)識(shí)別行276將現(xiàn)在的姿勢(shì)58存入目前選定的動(dòng)作18，新姿勢(shì)58被放在選定的當(dāng)前姿勢(shì)58的后面。在儲(chǔ)存操作之前，任何時(shí)候作者都可以按壓姿勢(shì)復(fù)位按鈕，以便使合成生物10的鍵26從原來的正常姿勢(shì)59起動(dòng)。但是，在儲(chǔ)存操作之后，作者必須使用刪除姿勢(shì)按鈕284來刪除選定的姿勢(shì)58，否則必須編輯該姿勢(shì)58。編輯現(xiàn)有的姿勢(shì)58的方法可以是選擇需要編輯的姿勢(shì)58，在需要的位置單擊并拖動(dòng)鍵26，然后重新儲(chǔ)存該姿勢(shì)58。
優(yōu)選的動(dòng)作控制組268向作者提供對(duì)獨(dú)立動(dòng)作18的細(xì)節(jié)的控制，該控制組包括動(dòng)作識(shí)別行286、動(dòng)作識(shí)別表288、新動(dòng)作按鈕290、動(dòng)作編組按鈕292、和動(dòng)作復(fù)制按鈕294。與姿勢(shì)控制組266相似，它還提供合成生物10當(dāng)前動(dòng)作18的名稱和該動(dòng)作18的排序表(如果表長，該表可向上翻卷)。在該控制組中也可以類似的方式選擇動(dòng)作18。
建立新動(dòng)作18是借助按壓新動(dòng)作按鈕290來完成的。有缺省的動(dòng)作18名稱(如動(dòng)作0、動(dòng)作1等)存在，但是與姿勢(shì)58不同，動(dòng)作18名稱可以在動(dòng)作識(shí)別行286中編輯。接下來，作者可以用姿勢(shì)控制組266創(chuàng)建用于該動(dòng)作18的各種姿勢(shì)58，最后雙擊動(dòng)作識(shí)別行286以保存該動(dòng)作18。但是要注意尚未規(guī)定步進(jìn)次數(shù)60。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在所有的姿勢(shì)58之間提供缺省的步進(jìn)次數(shù)60，然后由作者在需要時(shí)統(tǒng)調(diào)各個(gè)步進(jìn)次數(shù)60?？梢灶A(yù)見，選用姿勢(shì)控制組266可以對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)作18進(jìn)行編輯。動(dòng)作編組按鈕292將一組在姿勢(shì)識(shí)別表278中選定的現(xiàn)有姿勢(shì)58合并成一個(gè)新動(dòng)作18(由于許多動(dòng)作十分類似，所以這是一種便于創(chuàng)作的措施)。動(dòng)作復(fù)制按鈕294將選定的動(dòng)作18復(fù)制到新動(dòng)作18中，在作者通過動(dòng)作識(shí)別行286修改新動(dòng)作名稱之前，該新動(dòng)作使用缺省名稱。
優(yōu)選的步進(jìn)控制組270和模擬控制組272部分地協(xié)同作業(yè)，步進(jìn)控制組270包括向前步進(jìn)按鈕296、向后步進(jìn)按鈕298、姿勢(shì)銜接按鈕300，向前模擬按鈕302、和向后模擬按鈕304。模擬控制組272包括步進(jìn)速度行306、步進(jìn)速度滑鍵308、模擬起動(dòng)按鈕310、模擬停止按鈕312、和模擬復(fù)位按鈕314。
作者可以使用向前步進(jìn)按鈕296和向后步進(jìn)按鈕298步進(jìn)查看動(dòng)作18的各個(gè)姿勢(shì)58。但是，這種步進(jìn)僅僅是以快照方式再現(xiàn)各種姿勢(shì)58。為了以運(yùn)動(dòng)畫面的方式看到回放的動(dòng)作18(即將特征16和宇宙14的全部特征銜接起來)，作者使用向前模擬按鈕302和向后模擬按鈕304。最后，姿勢(shì)銜接按鈕300將兩個(gè)連續(xù)的姿勢(shì)銜接起來，是一種多余的能力，但是，是一個(gè)方便創(chuàng)作的按鈕。
作者通過操作步進(jìn)速度滑鍵308或在模擬控制組272中直接改變步進(jìn)速度行306的數(shù)值來調(diào)整在選定的動(dòng)作18中各個(gè)姿勢(shì)58之間的步進(jìn)次數(shù)60。通常作者要嘗試若干個(gè)數(shù)值，才能完成步進(jìn)次數(shù)60的“統(tǒng)調(diào)”。在這種場(chǎng)合許多作者情愿使用姿勢(shì)銜接按鈕300。模擬起動(dòng)按鈕310、模擬停止按鈕312、和模擬復(fù)位按鈕314控制對(duì)選定的完整動(dòng)作18的模擬。
最后，攝像控制組274包括一個(gè)視圖選擇按鈕矩陣316，該矩陣可預(yù)知地控制作者在動(dòng)作編輯屏254中觀看合成生物10的方向。
(ⅳ)行為編輯器為了完成發(fā)明人定義的合成生物10，還需要為合成生物10創(chuàng)作新行為20、編輯現(xiàn)有行為20、和效驗(yàn)新行為和現(xiàn)有行為20。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這項(xiàng)任務(wù)由行為編輯器210承擔(dān)。正象前面討論過的那樣，行為20被非必選地編排成遞歸的子行為74的行為樹72，并以這種形式儲(chǔ)存。子行為74的一些可能的類型是動(dòng)作18(即運(yùn)動(dòng)50)、順序型子行為76、平行型子行為78、決定型子行為80、和中斷型子行為82。但是，在這里列出的不應(yīng)當(dāng)被理解成一種限制。至今發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些類型足以滿足他們的需要，但是，事先定義其它類型是完全可能的，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)某些行為編輯器210或許還是符合需要的，即使僅僅是為了創(chuàng)作方便。
圖18描繪使用典型的行為編輯器210時(shí)的屏幕顯示。行為編輯器210向作者提供行為編輯屏318，在屏幕的頂部包括信息條320和菜單欄322。一旦調(diào)用動(dòng)作18的文件(常規(guī)的打開文件操作)，合成生物10出現(xiàn)在行為編輯屏318的中央，在地板柵格324的上方并且有水平線326穿越背景(未示出，因?yàn)樵谶@張圖中視角向下，等價(jià)的實(shí)例是圖16中動(dòng)作編輯器208的水平線262)。被調(diào)用的合成生物10的第一個(gè)動(dòng)作18的第一個(gè)姿勢(shì)58是最早出現(xiàn)的姿勢(shì)。進(jìn)一步出現(xiàn)的，并且能在行為編輯屏318內(nèi)由作者拖到任何地方的是刺激球328、行為樹窗330、行為特性窗332、和行為控制窗334。
為了試驗(yàn)的目的，作者可以將刺激球328拖到任何需要出現(xiàn)刺激62的地方(在運(yùn)行時(shí)環(huán)境22和用戶將最終提供不同的有效刺激62)。正象前面討論過的那樣，所有的刺激62都被處理成在環(huán)境22內(nèi)有全球定位68，在創(chuàng)作期間用于模擬這個(gè)的正是刺激球328的位置。
圖19詳細(xì)說明典型的行為樹窗330。行為樹窗330將包含對(duì)合成生物10的行為樹72的描述(它由代表枝干和葉片的各種圖形構(gòu)成)和獨(dú)特的子行為74識(shí)別標(biāo)記。如果是創(chuàng)作新的行為樹，將僅僅出現(xiàn)根連接點(diǎn)336。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，旗形驗(yàn)迄標(biāo)記338用于表示當(dāng)前選定的子行為74的起點(diǎn)。指向右側(cè)的三角形340用于表示被壓縮的枝干，其中每根枝干都包括一個(gè)不可見的子行為74排序表。指向下方的三角形用于表示延伸枝干，其中每根枝干都包括一個(gè)可見的子行為74排序表。實(shí)心圓圖形344用于代表獨(dú)一無二的葉片，每個(gè)葉片包括一個(gè)初級(jí)的(即非遞歸的)子行為74(但并非僅僅是一個(gè)動(dòng)作18)。最后，開拍板圖形346用于表示只包括一個(gè)動(dòng)作18(如聲音)的葉片。
圖20詳細(xì)地說明行為特性窗332。行為特性窗332允許作者將子行為74添加到行為樹72上并且允許對(duì)在行為樹72中現(xiàn)有的子行為74進(jìn)行編輯。行為特性窗332包括行為標(biāo)記行348、行為類型表350、行為條件表352、行為條件數(shù)值行354、刺激命名行356、行為關(guān)鍵字表358、行為速度控制360、行為復(fù)位檢驗(yàn)盒362、行為銜接按鈕364和行為設(shè)置起動(dòng)按鈕366。行為速度控制360包括行為速度滑鍵368和行為速度行370。在窗口中不能利用的控制都變暗(用圖中使用的白描技法無法描繪)。
作者將子行為74的標(biāo)記輸入子行為標(biāo)記行348。如果該標(biāo)記是獨(dú)特的，那么將假定作者要建立新子行為74。如果該標(biāo)記與行為樹72中已有的標(biāo)記匹配，那么將假定作者要對(duì)相應(yīng)的子行為74進(jìn)行編輯并且在行為特性窗332中的其它控制將反映那個(gè)子行為74當(dāng)前的參數(shù)。雙擊行為樹窗330中的標(biāo)記也是將那個(gè)標(biāo)記“輸入”行為標(biāo)記行348的一種方法并且借此選中那個(gè)具體的行為20進(jìn)行編輯。如果輸入的標(biāo)記是聲音文件名(在優(yōu)選的實(shí)施方案中用“．WAV”或另一種常規(guī)的聲音文件后綴名表示)，那么聲音52變成輸入的子行為74。從概念上說發(fā)明人把聲音52看作是動(dòng)作18的一種形式，安排在這里是為了便于在行為編輯器210中處理它們。
在圖18和圖20中，行為類型表350選擇“播映的”子行為74是平行型子行為78。如果已經(jīng)在行為標(biāo)記行348中輸入了全新的(即獨(dú)特的)標(biāo)記，作者必須依據(jù)行為類型表350來規(guī)定子行為74的類型。
行為條件表352和行為條件數(shù)值行354提供一種選擇，選擇將怎樣完成子行為74。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，行為條件表352提出一個(gè)條件類型表372(見圖1)，該表包括定時(shí)條件374、一次性通過條件376和回應(yīng)條件378。如果選中定時(shí)條件374，子行為74將運(yùn)行一段時(shí)間，該時(shí)間周期是由作者在行為條件數(shù)值行354中規(guī)定的。這些數(shù)值以秒為單位，特殊情況，例如零用于表示不運(yùn)行某個(gè)子行為74(對(duì)試驗(yàn)有用)，-1用于表示子行為74應(yīng)當(dāng)不停地運(yùn)行下去。如果選定的子行為74(包括任何可能的低級(jí)枝干上的子行為74，例如正在播映的部分是“舞蹈4”的動(dòng)作18)尚未按行為條件數(shù)值行354中規(guī)定的時(shí)間完成，那么它的執(zhí)行將被剪短。如果子行為74提前完成，那么它重新開始，直至?xí)r間到了為止。反之，一次性通過條件376規(guī)定當(dāng)前的子行為應(yīng)當(dāng)精確地執(zhí)行一次。如果選擇一次性通過條件376，行為條件數(shù)值行354變暗。
應(yīng)當(dāng)理解完全可能執(zhí)行其它的特殊條件372。例如，多次通過條件，其中行為條件數(shù)值行354用于輸入通過的次數(shù)，或許零和負(fù)數(shù)象前面介紹的那樣發(fā)揮作用。
回應(yīng)條件378是發(fā)明人捕捉全部控制保障的方法之一。它是可以用定制的模塊執(zhí)行特殊條件372的場(chǎng)所。用戶可以利用行為關(guān)鍵字表358輸入或選擇控制信息并將它傳遞給特殊的回應(yīng)條件378。一個(gè)實(shí)例或許是“追球”一直追到“CloseEnugh”狀態(tài)，其中利用“CloseEnugh”來評(píng)估“追球”子行為74，這種評(píng)估方法比“yes”或“no”這樣的二進(jìn)制的刺激62狀態(tài)變化復(fù)雜。典型的關(guān)鍵字信息的實(shí)例或許是象“right”或“up”這樣的字符串。
只要沒有選擇中斷型子行為82，刺激命名行356就變暗。這種類型的子行為74要求作者輸入文本標(biāo)識(shí)符以規(guī)定該刺激62作為主要刺激92。由于在運(yùn)行前不評(píng)估刺激62，所以任何文本字符串都可以使用，并且如果這樣的字符串不是由環(huán)境22設(shè)置的，那么在運(yùn)行時(shí)相關(guān)的子行為94將被忽略。
對(duì)于決定型子行為80，行為銜接按鈕364用于打開可利用的子行為74菜單(未示出)并選一個(gè)與決定型子行為80銜接。在行為編輯器210當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施方案中，用概率(在運(yùn)行時(shí)確定)來決定將運(yùn)行哪個(gè)待銜接的子行為74，并且在最初設(shè)計(jì)決定型子行為80時(shí)所有待銜接的子行為74具有相等的概率。但是作者可以不管這些，選擇一個(gè)待銜接的子行為74并修改出現(xiàn)在行為條件數(shù)值行354中的該子行為的加權(quán)因子88。在行為條件數(shù)值行354中可以將加權(quán)因子88設(shè)置為零，以保證不運(yùn)行決定型子行為80中該具體的子行為74，這在試驗(yàn)時(shí)有用。
動(dòng)作18型子行為74的具體參數(shù)可以用行為速度控制360來設(shè)置。例如，如果子行為“唱歌”74(圖18)被選中，那么行為速度控制360和行為復(fù)位檢驗(yàn)盒362將變暗。然后，作者可以使用行為速度滑鍵368或在行為速度行370中進(jìn)行人工文本編輯來改變執(zhí)行時(shí)間。行為復(fù)位檢驗(yàn)盒362用于指令合成生物10的鍵26在開始執(zhí)行前使動(dòng)作18的姿勢(shì)58復(fù)位到“姿勢(shì)0”。
最后，行為設(shè)置起動(dòng)按鈕366將旗形驗(yàn)迄標(biāo)記338移到當(dāng)前在行為樹窗330中醒目的子行為74上(圖18)，使它成為試驗(yàn)的起點(diǎn)(在發(fā)明人的優(yōu)選的實(shí)施方案中，行為設(shè)置起動(dòng)按鈕366在行為特性窗332中，但是，很容易將它放進(jìn)行為控制窗334或別的地方)。
圖21詳細(xì)說明行為控制窗334。優(yōu)選的行為控制窗334包括模擬子控制組380、攝像子控制組382和刺激子控制組384。模擬子控制組380包括模擬起動(dòng)按鈕386、模擬停止按鈕388和模擬復(fù)位按鈕390。作者可以利用模擬子控制組380以預(yù)知的方式來執(zhí)行完整的行為樹72或子行為74，并且可以在行為編輯屏318中觀看合成生物10如何完成行為20，其中所述子行為74被選作當(dāng)前試驗(yàn)起點(diǎn)。為了使作者在試驗(yàn)時(shí)能夠從不同的角度看到合成生物10，攝像控制組382改變觀看合成生物10的方向(以類似于在動(dòng)作編輯器208中使用攝像控制組274的方式使用視點(diǎn)選擇按鈕矩陣392)。最后，刺激子控制組384是一個(gè)刺激生成按鈕394。這個(gè)按鈕打開刺激62的上卷盒(子行為74當(dāng)前的類型必須是決定型子行為80或中斷型子行為82，否則這個(gè)操作不起作用)。雙擊刺激62的標(biāo)記來觸發(fā)它并且使它以刺激球328的當(dāng)前位置作為起點(diǎn)(提醒作者和用戶，你們可以在行為編輯屏318中將這個(gè)刺激拖到任何地方)。
(ⅴ)環(huán)境編輯器為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明人定義的合成生物10，需要一種或多種工具來創(chuàng)造新環(huán)境22、編輯現(xiàn)有的環(huán)境22和對(duì)合成生物10的環(huán)境22進(jìn)行試驗(yàn)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，這些任務(wù)由一個(gè)被稱為環(huán)境編輯器212的工具包來承擔(dān)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，環(huán)境編輯器212是一種功能強(qiáng)大的工具，它將現(xiàn)有的要素匯集成環(huán)境22并且規(guī)定環(huán)境22怎樣產(chǎn)生刺激62。例如，位圖是視覺背景106所需要的(例如，示于底表面112中的地面或地板和出現(xiàn)在遠(yuǎn)景114中的背景和畫面和墻壁)?？赡苓€希望將畫外音s作為環(huán)境22的一部分?，F(xiàn)在用于生成位圖和聲音文件的極好的工具已經(jīng)存在并且到處可以買到，所以，發(fā)明人優(yōu)先選用的環(huán)境編輯器212被用于將事先定義的要素匯集成環(huán)境22。如上所述，所有的刺激62都有相關(guān)的全球定位68。在環(huán)境編輯器212中，作者能夠定義運(yùn)行時(shí)這樣的全球定位68在哪里，例如將它們與靜態(tài)對(duì)象108甚至動(dòng)態(tài)對(duì)象110聯(lián)系起來。
環(huán)境22的復(fù)雜性可以變化，從實(shí)際不存在的到非常復(fù)雜的(從技術(shù)上說動(dòng)作編輯屏254和行為編輯屏318都是環(huán)境22)。但是，采用上述的技術(shù)將低于環(huán)境22的層面12(如特征16、動(dòng)作18和行為20)的研制單獨(dú)劃出來，因此減輕了需要關(guān)心環(huán)境22的作者的負(fù)擔(dān)，在必要時(shí)(如果有過的話)，由于用于合成生物10的環(huán)境22可以變成一個(gè)通用的小發(fā)明，需要使用該環(huán)境的作者或需要在該環(huán)境中與他們的合成生物10一起玩或一起工作的用戶可以從賣主那里購買。
(ⅴ)運(yùn)行時(shí)計(jì)算機(jī)本發(fā)明的主要目標(biāo)是允許在當(dāng)今常規(guī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上使用合成生物10，一般的說，這意味著允許在個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用(比如說可以使用有4兆存儲(chǔ)器和32位處理器的計(jì)算機(jī)，毫無疑問，更強(qiáng)大的工程型工作站和中央處理機(jī)型計(jì)算機(jī)也可以使用)。由于本發(fā)明為合成生物10提供了有效的特征16、動(dòng)作18和行為20，所以這個(gè)目標(biāo)可以達(dá)到。
除了上述的實(shí)例之外，不脫離本發(fā)明精神可以為合成生物10、宇宙204、特征編輯器206、動(dòng)作編輯器208、行為編輯器210和環(huán)境編輯器212作出各種各樣的改進(jìn)方案和替代方案。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的合成生物10非常用于在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)生成的娛樂活動(dòng)中應(yīng)用。發(fā)明人為了研制“虛擬寵物”已經(jīng)針對(duì)合成生物10做了大量的工作，發(fā)現(xiàn)它們非常逼真而且能夠引起人們的興趣，因此能符合用戶的需要，此外，還發(fā)現(xiàn)它們甚至能很好地在具有當(dāng)今常見的存儲(chǔ)器和處理器資源的個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行。
本發(fā)明的合成生物10還非常用于在非常復(fù)雜的應(yīng)用程序中使用，例如計(jì)算機(jī)制圖、制作動(dòng)畫片、編寫計(jì)算機(jī)游戲、制作廣告、模擬復(fù)雜的活生物和賦予物體模擬物活生生的特性。雖然這些應(yīng)用中許多還是在娛樂范疇內(nèi)，但是本發(fā)明也可以廣泛地作為教學(xué)工具使用。除了顯而易見的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)制圖和模擬技術(shù)的教學(xué)之外，合成生物10還可以用于教授物理原理、力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、解剖學(xué)和控制理論。
本發(fā)明的創(chuàng)作工具(即宇宙編輯器204、特征編輯器206、動(dòng)作編輯器208、行為編輯器210和環(huán)境編輯器212)都非常用于在研制有創(chuàng)造力的合成生物10中應(yīng)用，而且可以應(yīng)用于教授計(jì)算機(jī)制圖和模擬技術(shù)。有創(chuàng)造力的合成生物10和有創(chuàng)造力的創(chuàng)作工具可以配置到當(dāng)今在用的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、工程型計(jì)算機(jī)工作站和計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)。此外，有創(chuàng)造力的合成生物10和有創(chuàng)造力的創(chuàng)作工具很容易適應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括因特網(wǎng)(Internet)。該創(chuàng)作工具的配置非常容易用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器安裝和遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)用戶使用，就象今天在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行文字處理器程序和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序一樣。合成生物10的簡(jiǎn)單配置甚至可以遠(yuǎn)距離執(zhí)行，而且即使在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)帶寬限制下(如28．8波特的調(diào)制解調(diào)器存取速度)也能局部地看到。實(shí)際上，所有的合成生物10配置都應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。例如，在虛擬的水池中蓄養(yǎng)著合成生物…虛擬的魚10，主人能在因特網(wǎng)上注冊(cè)一個(gè)遠(yuǎn)距離“寵物倉庫”，以補(bǔ)充他們的珍藏或調(diào)換由于衰老或缺乏主人的寵愛(即虛擬的喂養(yǎng)和虛擬的愛)而死亡的寵物。
由于上述理由和其他原因，可以預(yù)期本發(fā)明的合成生物10和創(chuàng)作工具將具有普遍的工業(yè)實(shí)用性。所以，可以預(yù)期本發(fā)明的商業(yè)價(jià)值將是廣泛而持久的。
權(quán)利要求
1．一種創(chuàng)造在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的合成生物模擬物的方法，該方法的特征在于包括創(chuàng)作合成生物的特征，其方法是借助定義一個(gè)鍵，然后定義若干補(bǔ)充鍵并用軟連接點(diǎn)將每個(gè)所述補(bǔ)充鍵與前面定義的所述鍵連接起來；以及創(chuàng)作許多用于合成生物的動(dòng)作，其方法是通過將所述鍵移至需要的位置使所述特征定位成某種姿勢(shì)，并且至少將一種所述姿勢(shì)儲(chǔ)存到每個(gè)所述動(dòng)作中，以便在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整每個(gè)所述鍵的一組鍵特性，該鍵特性至少包括下述特性之一鍵的色彩特性、鍵的清晰特性、鍵的物理特性以及鍵的皮膚特性。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述鍵的色彩特性至少包括由色彩、飽和度、亮度、反射率、折射率組成的一組特性中的一種特性；所述鍵的清晰特性是從由陰影、暗度和不可見度組成的一組特性中選定的；所述鍵的物理特性至少包括由形狀、密度和彈性組成的一組特性中的一種特性；以及所述鍵的皮膚特性至少包括由網(wǎng)紋和質(zhì)地組成的一組特性中的一種特性。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括針對(duì)每個(gè)所述連接點(diǎn)調(diào)整一組連接點(diǎn)特性，至少包括由連接點(diǎn)類型和連接點(diǎn)動(dòng)態(tài)組成的一組特性中的一種特性。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述連接點(diǎn)類型在由附著型、連接型、動(dòng)態(tài)型、和厚實(shí)型組成的一組類型中選定；創(chuàng)建合成生物的行為樹，其方法是給所述動(dòng)作的樣板和以前定義的所述行為的樣板編組，借此定義新行為，并且按照在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上能夠執(zhí)行的分層結(jié)構(gòu)將所述行為遞歸排序，形成行為樹；以及所述連接點(diǎn)動(dòng)態(tài)至少包括由滑動(dòng)速度、螺旋速度、和復(fù)位時(shí)間組成的一組狀態(tài)中的一種狀態(tài)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括調(diào)整所述動(dòng)作內(nèi)相繼的數(shù)對(duì)姿勢(shì)之間的步進(jìn)次數(shù)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中中間姿勢(shì)是借助創(chuàng)作所述特征定義的；并且進(jìn)一步包括；調(diào)整每個(gè)所述動(dòng)作的一組動(dòng)作性質(zhì)，其中包括在作為合成生物的一部分在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行之前所述動(dòng)作是否復(fù)位到所述中間姿勢(shì)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中創(chuàng)作所述的各種動(dòng)作包括至少規(guī)定一種計(jì)算機(jī)記錄的聲音文件。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述動(dòng)作儲(chǔ)存在程序庫中，并且有選擇地從所述程序庫中調(diào)用，以便在創(chuàng)建行為樹時(shí)再次利用。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述特征是第一特征；以及所述動(dòng)作是儲(chǔ)存在程序庫中的、可以有選擇地從所述程序庫中調(diào)用的并且是用于在創(chuàng)建行為樹時(shí)再次利用的。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括創(chuàng)建合成生物的行為樹，其方法是給所述動(dòng)作的樣板和以前定義的所述行為的樣板編組，借此定義新行為，并且按照在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上能夠執(zhí)行的分層結(jié)構(gòu)將所述行為遞歸排序，形成行為樹。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括從順序型行為、平行型行為、中斷型行為、和決定型行為中選定選定所述行為。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述順序型行為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上依次執(zhí)行每個(gè)所述行為和所述行為內(nèi)編組的所述動(dòng)作。
14．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述平行型行為在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上平行地執(zhí)行所有的所述行為和所述行為內(nèi)編組的所述動(dòng)作。
15．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中規(guī)定所述中斷型行為進(jìn)一步包括下述步驟將主要刺激與相關(guān)行為聯(lián)系起來，借此規(guī)定至少一個(gè)刺激-行為對(duì)；給各個(gè)所述的刺激-行為對(duì)排序；以及規(guī)定缺省行為；其中所述中斷型行為的執(zhí)行方式是評(píng)估各個(gè)所述刺激-行為對(duì)中所有的主要刺激，運(yùn)行與設(shè)置的所述主要刺激對(duì)應(yīng)的第一個(gè)所述刺激-行為對(duì)，如果沒有設(shè)置所述刺激，運(yùn)行所述缺省行為。
16．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中規(guī)定所述決定型行為進(jìn)一步包括下述步驟選擇至少一種行為，借此規(guī)定一組可能的行為；以及所述決定型行為的執(zhí)行方法是以隨機(jī)方式從所述的一組可能的行為中挑選一種行為，并且運(yùn)行選中的所述行為。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括為至少一種所述的可能行為規(guī)定加權(quán)因子，借此影響所述的一組可能的行為中各成員的執(zhí)行概率。
18．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括選擇行為終止條件，該條件是從下述一組條件中選定的定時(shí)終止，該條件規(guī)定所述行為的執(zhí)行時(shí)間；一次通過終止，該條件規(guī)定所述行為只執(zhí)行一次；以及多次通過終止，該條件規(guī)定所述行為執(zhí)行到規(guī)定的次數(shù)。
19．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述行為存貯在程序庫中，并且有選擇地從所述程序庫中調(diào)用，以便在創(chuàng)作所述行為樹時(shí)再次使用。
20．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述特征是第一特征；以及所述行為存貯在程序庫中，并且有選擇地從所述程序庫中調(diào)用，以便做為第二特征再次使用。
21．一種利用權(quán)利要求1所述的方法創(chuàng)造合成生物的工具，該工具包括用戶創(chuàng)作所述行為的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
22．一種利用權(quán)利要求11所述的方法創(chuàng)造合成生物的工具，該工具包括用戶創(chuàng)作所述行為的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
23．一種執(zhí)行合成生物的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中合成生物是用權(quán)利要求1所述的方法建立的。
24．一種執(zhí)行合成生物的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中合成生物是用權(quán)利要求11所述的方法建立的。
全文摘要
一種合成生物(10),其中,代表肢體的鍵(26)借助連接點(diǎn)(28)松散地連接起來,以便在特征(16)中獨(dú)立地相互作用和實(shí)現(xiàn)日常生活的物理過程。質(zhì)量、正重量(46)、和負(fù)重量(48)諸要素被單獨(dú)處理,以便模仿真實(shí)動(dòng)物的閉環(huán)控制特征。該合成生物(10)采用由動(dòng)作(18)組成并且遞歸地安排在分層的行為樹(72)中的有靈性的行為,以便在運(yùn)行計(jì)算機(jī)(202)時(shí)合作和競(jìng)爭(zhēng),從而使人感覺到它的自主性和意識(shí)。進(jìn)一步講述的是用于創(chuàng)作合成生物(10)的特征(16)、動(dòng)作(18)和行為(20)的創(chuàng)作工具的創(chuàng)作環(huán)境(200),它們?cè)诤铣缮?10)的各個(gè)層面(12)上向作者提供反饋和模擬試驗(yàn)的能力。
文檔編號(hào)G06F15/00GK1205790SQ96199030
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1996年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月11日
發(fā)明者詹姆斯·B·羅斯布拉夫, 梯莫西·J·科斯特蘭斯基, 耶姆·R·德爾帕拉西奧 申請(qǐng)人:詹姆斯·B·羅斯布拉夫