基于多智能體和元胞自動(dòng)機(jī)模型的虛擬人群行為研究.pdf

1、針對(duì)虛擬人群仿真技術(shù)在安全科學(xué)、體育仿真、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)及虛擬現(xiàn)實(shí)等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，而當(dāng)前虛擬人群行為仿真中面臨的行為模型真實(shí)性差、單一模型不能夠真實(shí)模擬人群行為現(xiàn)象、人群行為仿真框架適用性差等問(wèn)題，本文開(kāi)展了虛擬人群行為仿真關(guān)鍵技術(shù)的研究。分別從虛擬人動(dòng)作生成、虛擬人群的各種基本行為生成及融合、行為之間的轉(zhuǎn)換機(jī)制以及生理、心理因素對(duì)人群行為的影響等方面，對(duì)虛擬人群的行為建模技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了相應(yīng)的行為控制規(guī)則和模型，主

2、要內(nèi)容概括如下：
　　一、首先對(duì)虛擬人群行為建模技術(shù)及應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，重點(diǎn)介紹了元胞自動(dòng)機(jī)、多智能體技術(shù)研究人群行為的優(yōu)缺點(diǎn)及現(xiàn)狀，提出結(jié)合元胞自動(dòng)機(jī)和多智能體技術(shù)開(kāi)展人群行為仿真研究，將元胞空間中的部分元胞視為Agent，并將元胞及其狀態(tài)進(jìn)行封裝作為Agent的類型和狀態(tài)屬性。通過(guò)將智能體技術(shù)融入到元胞自動(dòng)機(jī)模型中，以期建立逼真的人群行為模型。
　　二、針對(duì)傳統(tǒng)虛擬人動(dòng)作生成方法可變性差的問(wèn)題，近年來(lái)主成分

3、分析（PCA）方法被大量用于運(yùn)動(dòng)編輯和合成，其優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)Ω呔S數(shù)據(jù)進(jìn)行線性映射分解，進(jìn)而在不同的特征空間對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行插值和外推，但線性PCA不能檢測(cè)出給定數(shù)據(jù)的所有結(jié)構(gòu)，而KernelPCA更適合于提取具有復(fù)雜非線性關(guān)系的原始數(shù)據(jù)，與PCA相比，KernelPCA更能提取到有利于分類的特征。人體運(yùn)動(dòng)是一個(gè)高維的非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，利用KernelPCA方法對(duì)虛擬人的運(yùn)動(dòng)辨識(shí)率更高。因此，本文提出了基于KernelPCA的虛擬人

4、運(yùn)動(dòng)生成方法，首先通過(guò)優(yōu)化算法研究確定最優(yōu)的核函數(shù)公式，利用核函數(shù)生成高維的線性可分特征空間，然后通過(guò)PCA算法對(duì)特征空間進(jìn)行降維等處理，最后將得到的特征向量的系數(shù)與運(yùn)動(dòng)屬性參數(shù)進(jìn)行線性映射，根據(jù)用戶需要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)生成虛擬人的動(dòng)作。最終實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)少量運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)就能得到不同運(yùn)動(dòng)屬性和運(yùn)動(dòng)類型的虛擬人運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。
　　三、針對(duì)目前虛擬人群行為的逼真度不高、計(jì)算效率低的問(wèn)題，本文充分考慮元胞自動(dòng)機(jī)與多智能體技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)人群行為仿真的可

5、行性及優(yōu)越性。將元胞自動(dòng)機(jī)與多智能體技術(shù)結(jié)合，既能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算的實(shí)時(shí)性，又能夠提高模型的逼真性。因此非常適合于對(duì)虛擬人群行為進(jìn)行仿真。采用群、組、個(gè)體劃分人群的結(jié)構(gòu)，群由至少一個(gè)以上的組構(gòu)成，組由個(gè)體組成，這種結(jié)構(gòu)能夠較方便地?cái)U(kuò)展人群的規(guī)模，并能描述含有多個(gè)不同任務(wù)組的人群。在元胞自動(dòng)機(jī)與多智能體相結(jié)合的方法中，將虛擬環(huán)境映射成元胞空間，并對(duì)元胞空間網(wǎng)格大小進(jìn)行細(xì)化，以體現(xiàn)人群行為的連續(xù)性，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)設(shè)計(jì)了智能體的感知模型以及決策模型

6、?；谥悄荏w的感知信息和自身狀態(tài)，通過(guò)設(shè)計(jì)基本行為、行為融合與行為選擇機(jī)制來(lái)生成個(gè)體和整個(gè)人群的復(fù)雜行為。并對(duì)每個(gè)基本行為以及在虛擬環(huán)境下人群的復(fù)雜行為通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　四、最后，利用建立好的人群行為模型來(lái)仿真人群在火災(zāi)等突發(fā)事件下的疏散行為，設(shè)計(jì)的人群疏散仿真系統(tǒng)能形成逼真的人及人群行為動(dòng)畫(huà)，增加了仿真系統(tǒng)的逼真度，驗(yàn)證了本文的虛擬人動(dòng)作生成算法及虛擬人群行為模型的可行性和準(zhǔn)確性，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)疏散行為規(guī)律和特征進(jìn)行研究