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基于Vicrowd模型的大规模人群仿真技术的研究

作　者: 岳翠苹
导　师: 蔡洪斌
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 大规模人群 Vicrowd模型 路径规划 碰撞检测 行为模拟
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着三维动画技术的快速发展以及硬件运算能力的大幅度提高,大规模群体仿真技术得到了迅速的发展,大群体仿真技术是运用计算机虚拟现实技术、人工智能技术和计算机图形技术,对具有大量个体的群体行为、运动方式等进行仿真模拟的技术。群体仿真技术在很多领域均有应用,具有较强的研究价值和实用价值。计算机三维动画对大规模群体的真实模拟可以应用于军事训练和军事部署,火灾现场、交通路口等公共场所的安全演练,群体行为研究等领域。近几年群体动画技术的迅速发展,以及复杂的三维场景的快速绘制技术的提高,为虚拟群体仿真带来了难得的机遇。大规模虚拟群体仿真技术有着广泛的应用前景,因而已经成为计算机图形学及其相关领域的研究热点。国内外基于三维平面对大规模人群的仿真技术的研究还不多,很多模型都还不够完善,还需要进一步的补充和扩展。Vicrowd模型的群体仿真技术克服了传统群体模拟的技术局限。ViCrowd模型作为一个通用的群体模拟系统的模型,在人群等模拟中,起了非常重要的作用。该模型对人群的行为进行了系统的抽象,划分并定义了人群的不同属性、人群的行为层次和人群的控制层次。并且ViCrowd模型不受场景、情节和人群行为模式的限制,是比较通用的人群运动建模方法。在这一模型下,群体中的个体心理,情绪等属性,可以得到很好的体现。本文对虚拟群体仿真的几种模型进行了研究,对Vicrowd模型、基于离子系统的群体仿真模型、Brogan and Hodgins模型、基于场景情节设置和规则描述这几个群体仿真模型进行了比较,并对Vicrowd模型进行了补充和完善。本文对虚拟人群仿真的关键技术进行了研究,包括虚拟人运动控制技术、虚拟人群可视化。对影响人群行为的有关因素进行了分析与研究。影响人群行为的有关因素涉及到个体的心理因素、个体在人群中的规律、运动速度、空间要求等。本文研究了虚拟人群的路径规划和碰撞避免算法,将个体的行为抽象成探测——感知——决策——行动的一些列连贯的动作,首先对虚拟环境进行建模,采用了空间划分的方法,在此基础上将虚拟环境分为三个拓扑层,并高度抽象为IP列表。本文比较了各种传统的路径规划算法,并提出了基于Vicrowd模型的路径规划算法,以及基于Vicrowd模型的碰撞检测算法。在以上的集中算法模型成型后,本文介绍了实验室自主研发的基于3D图形引擎的总体设计。并在此引擎的基础上对群体行为仿真进行试验。取得了满意的效果。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 引言  11-18
  1.1 课题的背景与研究意义  11-12
  1.2 国内外现状分析  12-16
    1.2.1 基于粒子系统的人群运动仿真模型  12-13
    1.2.2 基于智能体的模型  13-14
    1.2.3 恐慌状态下人群撤离运动仿真模型  14-15
    1.2.4 Brogan and Hodgins 模型  15
    1.2.5 基于场景情节设置和规则描述的人群运动仿真模型  15-16
  1.3 论文研究的主要内容与创新点  16-18
第二章 基于 Vicrowd 模型的大规模人群行为仿真  18-32
  2.1 虚拟人群仿真的关键技术  19-23
    2.1.1 虚拟人运动控制技术  19-20
    2.1.2 实时虚拟人群可视化  20-23
  2.2 虚拟群体行为模拟  23-28
    2.2.1 Vicrowd 模型概述  25-26
    2.2.2 人群结构  26-27
    2.2.3 ViCrowd 模型的三大属性  27-28
  2.3 人群行为规范  28-31
    2.3.1 环境信息  28-30
    2.3.2 群的信息通过组来分配  30-31
    2.3.3 组的信息通过个体来分配  31
  2.4 小结  31-32
第三章 虚拟环境建模  32-44
  3.1 相关工作  32-35
    3.1.1 机器人技术中的环境建模  32-33
    3.1.2 计算机动画中的环境建模  33-35
  3.2 虚拟环境建模原理  35-37
    3.2.1 观察所处区域  36
    3.2.2 感知周围物体  36-37
    3.2.3 决策自身行为  37
  3.3 虚拟环境建模  37-43
    3.3.1 空间划分  38-41
    3.3.2 拓扑抽象  41-42
    3.3.3 拓扑层地图  42-43
  3.4 小结  43-44
第四章 路径规划与碰撞策略  44-52
  4.1 路径规划算法  44-47
    4.1.1 传统的机器人路径规划算法优缺点比较  44-45
    4.1.2 利用A*算法求最IP 列表  45-47
  4.2 基于 Vicrowd 模型的碰撞策略  47-51
    4.2.1 静态碰撞检测方法的选取  47
    4.2.2 group 内部的碰撞检测与避免  47-48
    4.2.3 基于group 的碰撞检测  48-51
  4.3 小结  51-52
第五章 大规模人群仿真系统的设计与实验结果  52-69
  5.1 相关工作  52-54
    5.1.1 人群的社会行为  52-53
    5.1.2 人群的失控行为  53-54
  5.2 系统总体设计  54-59
    5.2.1 系统模块划分  55-56
    5.2.2 系统流程概要设计  56-57
    5.2.3 Root  57-58
    5.2.4 资源子系统  58-59
  5.3 行为模拟子系统  59-63
    5.3.1 行为控制框架  59-61
    5.3.2 群体模拟模块  61-63
  5.4 虚拟环境多层次建模模块  63-65
  5.5 路径规划模块  65-67
  5.6 实验结果  67-69
第六章 总结与展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
在校期间的研究成果  75-76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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