多層次虛擬人群仿真技術(shù)研究.pdf

1、群體現(xiàn)象在自然界中普遍存在,如南遷的鳥(niǎo)群,水中的魚(yú)群,人群等等。群體仿真近年來(lái)逐步成為虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),并且普遍應(yīng)用于實(shí)時(shí)仿真和虛擬娛樂(lè)領(lǐng)域。群體仿真的主要目的是研究群體的自組織現(xiàn)象,為靜態(tài)虛擬場(chǎng)景增加動(dòng)態(tài)真實(shí)感。由于群體中的個(gè)體狀態(tài)具有動(dòng)態(tài)變化特征,個(gè)體行為存在一定的智能性,個(gè)體之間會(huì)相互影響,所以對(duì)群體的仿真建模將是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。另一方面,群體仿真建模問(wèn)題涉及學(xué)科較廣,包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué),機(jī)器人學(xué)、人工智能等,這也大大增加了群

2、體仿真問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)難度。
　　應(yīng)用領(lǐng)域不同,群體仿真所包含的內(nèi)容也會(huì)存在較大差異,但均需解決三個(gè)最基本的問(wèn)題:群體建模,路徑規(guī)劃和碰撞避免的問(wèn)題。本文基于復(fù)雜場(chǎng)景下的群體仿真應(yīng)用,對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。場(chǎng)景的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在群體結(jié)構(gòu)和仿真環(huán)境兩個(gè)方面:群體中的個(gè)體具有不同的運(yùn)動(dòng)速度(速度大小不同、方向不同)、不同的社會(huì)角色和不同的目標(biāo)位置;場(chǎng)景中包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)障礙物。為了簡(jiǎn)化群體結(jié)構(gòu),本文基于ViCrowd框架模型,將仿真群體

3、劃分為群、組和個(gè)體三個(gè)層次,組成員之間的相互聯(lián)系通過(guò)依賴矩陣指定。
　　本文采用MultigenCreator建模工具完成了個(gè)體建模和場(chǎng)景建模。首先通過(guò)OpenFlightAPI對(duì)場(chǎng)景模型進(jìn)行解析,得到二維平面中靜態(tài)障礙物的邊界,然后以場(chǎng)景中靜態(tài)障礙物為生成元,求解其廣義Voronoi圖(以下簡(jiǎn)稱為V圖),并為圖中的邊界計(jì)算權(quán)值,最終導(dǎo)出該V圖作為全局導(dǎo)航圖。由于V圖邊界點(diǎn)處在連接相鄰生成元直線的中垂線位置,故使用V圖作為全局導(dǎo)航

4、圖既可以計(jì)算Agent的最短路徑,也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離靜態(tài)障礙物尋徑。對(duì)于Agent間的動(dòng)態(tài)避碰問(wèn)題,本文采用基于優(yōu)先級(jí)的方式進(jìn)行處理。首先通過(guò)合成視覺(jué)模型計(jì)算視野內(nèi)可視的個(gè)體集合,然后預(yù)測(cè)視野內(nèi)的其他個(gè)體是否會(huì)與Agent發(fā)生碰撞,得到一個(gè)預(yù)測(cè)碰撞集合;最后將預(yù)測(cè)碰撞集合中的碰撞劃分為五種類型和四個(gè)優(yōu)先級(jí)等級(jí),優(yōu)先處理緊急避碰,在無(wú)緊急避碰的情況下基于VO模型對(duì)Agent速度方向進(jìn)行微調(diào),從而及早消除碰撞的可能。
　　由于群體中的每個(gè)