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短道速滑技战术仿真系统的设计与实现

作　者: 王振伟
导　师: 黄剑华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 短道速滑网络引擎同步技术帧率控制消息系统多线程
分类号: G863
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

短道速滑是我国冬季重点优势体育项目,但随着世界各国对冬季体育项目的日益重视和快速发展,竞争越来越激烈,竞技水平越来越高,这一项目的竞争优势正面临着来自世界各国高水平运动员的有力冲击和挑战。依靠传统的训练方法已不能满足高水平比赛的要求,所以借助短道速滑技战术仿真系统,为运动员提供科学的训练方法、技战术演练,提高运动员技战术、实战水平成为国际冬季项目的前沿焦点课题。短道速滑技战术仿真系统为运动员提供一个虚拟的仿真训练环境,通过该系统,运动员之间可以进行联机对抗比赛,也可以和智能体运动员同场竞技。为构建这样一个仿真系统,本文利用Ogre三维图形引擎、Raknet网络引擎、人工智能等多种复杂技术设计并实现了短道速滑技战术仿真系统。实现这样一个复杂的、实时性要求很高的网络系统要面临和解决很多技术难点,本文首先对仿真系统架构进行设计,系统采用客户端/服务器网络架构,并对客户端和服务器端进行了合理的功能划分,设计实现了Ogre高级框架和基于状态转换的应用层框架,一个扩展性良好的系统框架往往可以简化系统开发设计难度,也便于集成其他功能模块。同步问题是所有仿真系统面临的难题,同步技术也是分布式实时交互系统的核心技术,本文针对保守同步算法和乐观同步算法进行了深入的研究,并设计实现了基于航位推测的Time Warp同步算法作为本系统的同步策略,实现了仿真系统中所有端系统的状态信息的一致,结合端系统对帧率的控制,保证了端系统的流畅性和良好的用户体验。仿真系统中频繁的数据信息交换需要消息系统的支持,本文设计了高效完备的消息处理系统,包括消息协议的设计和诸多消息处理函数的设计。同时,为了减少消息在端系统中的处理延迟,本系统利用多线程技术,对客户端和服务器端进行线程分离,划分出主逻辑线程和时间管理/通信线程,有效地降低了消息的处理延迟。最后,基于这些关键技术和核心算法,实现了短道速滑技战术仿真系统,满足了设计要求,使得仿真系统可以作为短道速滑的有效辅助训练工具,达到了实用水平。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 面向短道速滑的计算机辅助训练研究现状及分析  11-12
  1.3 游戏引擎的研究现状及分析  12-16
    1.3.1 游戏引擎简介  12-14
    1.3.2 国外游戏引擎的发展  14-15
    1.3.3 国内游戏引擎的发展  15-16
  1.4 本文的研究内容及结构安排  16-18
第2章短道速滑仿真系统中的关键问题与技术  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 网络体系结构  18-20
    2.2.1 C/S 网络体系结构  18-19
    2.2.2 P2P 网络体系结构  19-20
    2.2.3 混合式体系结构  20
  2.3 可靠传输协议  20-23
  2.4 Raknet 网络引擎  23-24
  2.5 网络同步  24
  2.6 帧率控制  24-29
    2.6.1 游戏循环  24-25
    2.6.2 FPS 依赖于恒定的游戏速度  25-26
    2.6.3 游戏速度依赖于变化的FPS  26-27
    2.6.4 恒定的游戏速度和有上限的 FPS  27-28
    2.6.5 恒定的游戏速度独立于变化的 FPS  28-29
  2.7 仿真系统开发中的相关组件  29-30
  2.8 本章小结  30-31
第3章网络同步技术的研究  31-45
  3.1 引言  31
  3.2 同步问题产生的原因和处理机制  31-32
  3.3 时间同步  32-33
  3.4 保守同步算法  33-35
    3.4.1 Lock-Step Time-Driven 同步算法  33-34
    3.4.2 Fixed Time-Bucket 同步算法  34-35
  3.5 乐观同步算法  35-40
    3.5.1 Dead Reckoning 同步算法  35-38
    3.5.2 Time Warp 同步算法  38-40
  3.6 基于航位预测的Time warp 同步算法的设计与实现  40-44
    3.6.1 数据结构描述  40-41
    3.6.2 运动状态信息同步算法描述  41-42
    3.6.3 客户端预测与纠正  42-44
  3.7 本章小结  44-45
第4章短道速滑仿真系统的设计  45-62
  4.1 引言  45
  4.2 系统平台与架构  45-54
    4.2.1 系统开发平台与组件  46-47
    4.2.2 C/S 网络架构  47-50
    4.2.3 Ogre 高级框架  50-52
    4.2.4 应用层框架  52-54
  4.3 消息系统设计  54-58
    4.3.1 消息格式、消息协议  55-58
    4.3.2 消息处理  58
  4.4 多线程设计  58-61
    4.4.1 逻辑线程  59-60
    4.4.2 时间管理/通讯线程  60-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章短道速滑仿真系统的实现  62-86
  5.1 引言  62
  5.2 客户端设计与实现  62-77
    5.2.1 客户端架构  62-66
    5.2.2 核心数据结构  66-67
    5.2.3 网络模块  67-69
    5.2.4 界面状态的设计与实现  69-71
    5.2.5 比赛状态的设计与实现  71-72
    5.2.6 其他模块设计与集成  72-77
  5.3 服务器端设计与实现  77-81
    5.3.1 服务器端架构  77-78
    5.3.2 核心数据结构  78-79
    5.3.3 网络模块  79
    5.3.4 运动员模块  79-80
    5.3.5 智能体决策模块  80-81
  5.4 系统演示  81-85
  5.5 本章小结  85-86
结论  86-88
参考文献  88-93
致谢  93

短道速滑技战术仿真系统的设计与实现

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