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虚拟人群运动仿真关键技术研究

作　者: 边琳
导　师: 孙济洲
学　校: 天津大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 虚拟人群运动仿真信息传播人群行为控制模型碰撞检测 XML
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着虚拟仿真技术的广泛应用,静态的建筑场景仿真已经不能满足人们的需求。为了提高与现实的契合程度,虚拟仿真平台中需要运动人群的参与。因此,人群仿真技术得到了广泛研究。即便如此,人群仿真仍然处于发展的初级阶段。仿真技术在人群实时渲染,人群行为建模等方面有很多工作可以进行。因此本论文对虚拟人群仿真部分关键技术在理论上进行了深入的研究,并在编码层面上进行了实现。本论文研究了虚拟人群运动仿真的部分关键技术,并据此建立了虚拟人群运动仿真平台。论文主要内容如下:1.底层渲染基础:(1)使用了GPU,LOD技术对虚拟人群加速渲染进行了研究,提出了通过材质LOD,摄像机LOD与CG脚本三种技术结合使用来提高渲染速度的方法。(2)对骨骼动画的控制方法进行研究,设计了骨骼动画的参数化编辑方法,从而使人群的运动在整体效果一致的情况下表现出个体运动的差异性,增强人群运动的真实感。2.上层仿真技术:(1)根据心理学信息传递理论,建立了基于信息传播的人群行为控制模型。该模型模拟紧急逃生状态下信息在人群中的流动过程。通过将人物性格与危险信息传递过程相结合,达到了良好的人群疏散仿真效果。(2)在路径规划方面,提出了适合于人群实时躲避障碍物的实时路径规划策略,并对OGRE中的碰撞检测技术进行了优化,采用了射线与包围盒共同使用的判断方式,以达到精确避障的效果。3.虚拟人群运动仿真平台设计:(1)虚拟人群运动仿真平台建立在OGRE图像引擎与Visual C++.NET的基础上,同时使用了OGRE多窗口嵌入MFC的技术。(2)虚拟人群运动仿真平台可载入不同的人群模型,并对载入的模型提供了包括紧急逃生,自由运动,原地运动等多种运动方式的支持。(3)考虑到虚拟人群运动仿真平台和人群建模平台共同工作,需要信息的交互。因此,将XML技术引入虚拟人群运动仿真平台的接口设计中。用XML语言建立了人群属性描述的标准。该标准将作为虚拟人群运动仿真平台与人群建模平台的接口。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 论文背景及研究意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 论文内容与创新点  9-10
  1.4 论文结构  10-12
第二章虚拟人群运动仿真理论基础  12-21
  2.1 OGRE 图像引擎  12-15
    2.1.1 OGRE 图像引擎概述  12-13
    2.1.2 OGRE 的安装配置工作  13
    2.1.3 OGRE 的场景管理与资源管理  13-15
  2.2 人物模型  15-18
    2.2.1 模型的准备  15-16
    2.2.2 MESH 文件  16-17
    2.2.3 骨骼文件  17-18
    2.2.4 OGRE 中的动画原理  18
  2.3 图像渲染加速技术介绍  18-19
  2.4 虚拟人群行为模型综述  19-21
第三章人群仿真底层技术研究  21-28
  3.1 渲染加速技术  21-25
    3.1.1 LOD 加速技术  21-23
    3.1.2 GPU 加速技术  23-24
    3.1.3 实验结果分析  24-25
  3.2 人物运动骨骼控制技术  25-28
    3.2.1 骨骼运动分析  25-26
    3.2.2 骨骼动画参数化编辑  26-28
第四章人群仿真上层技术研究  28-44
  4.1 基于信息传播的人群行为控制模型  28-37
    4.1.1 人群运动特点分析  28
    4.1.2 模型简介  28-29
    4.1.3 模型架构及说明  29-30
    4.1.4 模型详细设计方案  30-34
    4.1.5 模型实验结果分析  34-37
  4.2 碰撞检测  37-39
    4.2.1 常见碰撞检测算法  37-38
    4.2.2 人群仿真中的碰撞检测算法  38-39
  4.3 实时路径规划策略  39-41
    4.3.1 常见路径规划算法  39
    4.3.2 人群仿真中的实时路径规划策略  39-41
  4.4 实时路径规划策略与碰撞检测实验结果及分析  41-44
第五章虚拟人群运动仿真平台设计  44-54
  5.1 存储与接口设计  44-45
    5.1.1 XML 技术  44-45
    5.1.2 Visual C++.NET 与XML 的结合  45
  5.2 界面设计  45-47
    5.2.1 窗口嵌入  45-47
    5.2.2 鼠标键盘的监听  47
  5.3 系统功能  47-52
    5.3.1 系统背景说明  47-49
    5.3.2 实现功能  49-52
  5.4 功能模块图  52-54
第六章虚拟人群运动仿真平台实现与展示  54-65
  6.1 系统配置  54
  6.2 程序实现类图  54-56
  6.3 程序实现细节  56-59
    6.3.1 MFC 中多 OGRE 窗口显示  56-57
    6.3.2 人物动作  57-58
    6.3.3 平台中的碰撞检测与实时路径规划策略  58-59
  6.4 功能截图  59-65
第七章总结与展望  65-66
参考文献  66-69
发表论文和科研情况说明  69-70
致谢  70

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