大規(guī)模群體運動的實時模擬研究與實現(xiàn).pdf

1、鳥群、魚群和人群等集群運動是自然界最美麗也最常見的景象之一。但是這些復雜的集群運動在計算機動畫領域卻不多見。近幾十年來,由于影視動畫、虛擬現(xiàn)實和計算機游戲等領域的不斷發(fā)展,群體動畫也成為人們研究的熱點方向。尤其是對大量人群聚集的實時交互性行為的研究,在虛擬訓練、安全預演、數(shù)字游戲等領域都得到了廣泛的應用。它通過探索真實世界中群體行為的物理本質和生物學、社會學特性,利用計算機為生物體建立行為模型,從而更加逼真的表現(xiàn)生物體的群體行為。與典型

2、的計算機動畫建模只關注角色外形和物理性質相比,基于智能體角色的行為動畫專注于角色行為的建模,處理角色的行為和運動細節(jié)。這些行為包括了從低級的路徑規(guī)劃到高級的情感交互等行為。但是由于群體中個體行為的復雜性和多樣性,大規(guī)模群體中對每個個體的行為控制帶來的計算量巨大,難以滿足實時模擬的應用需求。本文以萬人級大規(guī)模群體為研究對象,試圖在群體行為模擬的真實感和效率之間尋求一個良好的平衡點。
　　 本文展示了具有代表性的群體行為模型,包括粒

3、子系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、行為系統(tǒng)、混合系統(tǒng)、混亂模型等行為模型和認知模型;介紹了角色動畫系統(tǒng)的架構,并說明了群體動畫子系統(tǒng)的框架以及在整個系統(tǒng)中所處的地位;提出了群體動畫建模方法,并在此基礎上實現(xiàn)了萬人級群體運動實時模擬,展現(xiàn)了真實感的群體行為,包括路徑規(guī)劃、碰撞避免、運動跟隨等。
　　 一課題的研究著重集中在以下兩個方面:
　　 第一,對群體動畫模擬方法作出了全面的研究和透徹的分析,在此基礎上提出了一種基于行為模型的大規(guī)模群