基于Continuum方法的群組隊(duì)形保持技術(shù)研究.pdf

1、人群仿真技術(shù)已經(jīng)成為許多虛擬環(huán)境應(yīng)用的重要工具。公共安全領(lǐng)域、環(huán)境工程、交通工程和社會(huì)學(xué)的仿真研究都需要符合實(shí)際的人群行為模型；計(jì)算機(jī)游戲、電影制作、大型場(chǎng)地表演的虛擬輔助訓(xùn)練以及各種數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)也對(duì)人群行為模型提出了相應(yīng)的藝術(shù)化的要求。 人群仿真主要包括大規(guī)模人群運(yùn)動(dòng)仿真和群組動(dòng)畫等，它們分別側(cè)重于大規(guī)模離散人群和小規(guī)模的特定人群，而且側(cè)重于不同的實(shí)現(xiàn)方法，但是能同時(shí)有效模擬大規(guī)模人群和保持組行為細(xì)節(jié)的方法非常少。現(xiàn)有的大規(guī)模

2、人群運(yùn)動(dòng)的建模方法主要有基于Agent的方法、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)（CA模型）、粒子動(dòng)力學(xué)、基于物理和社會(huì)力學(xué)的方法、基于路徑規(guī)劃的方法等幾種傳統(tǒng)方法和新興的基于流體的連續(xù)的模擬方法。群組動(dòng)畫方面的研究包括群組隊(duì)形編輯，隊(duì)形變形等。 R．L．Hughes提出的Continuum方法是基于流體的方法，Adrien Treuille等人對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化和修改。不同于傳統(tǒng)方法，Continuum方法可以更自然地模擬大規(guī)模人群的運(yùn)動(dòng)，但是它無(wú)法有

3、效保持組的隊(duì)形細(xì)節(jié)。本文對(duì)Continuum人群仿真方法進(jìn)行了擴(kuò)展，使擴(kuò)展后的Continuum算法既可以保留其大規(guī)模人群運(yùn)動(dòng)仿真的優(yōu)秀特性，又可以在模擬群組運(yùn)動(dòng)的同時(shí)保持其隊(duì)形細(xì)節(jié)，而且人群、組和場(chǎng)景可以順利交互。這樣就完善了Continuum算法，提高了它的普適性，使其能應(yīng)用于更多的科研和工程領(lǐng)域，優(yōu)于其他人群仿真算法；而且相比于其他群組動(dòng)畫的研究，更易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模人群與組運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，進(jìn)行復(fù)雜場(chǎng)景的仿真。 本文首先提出了隊(duì)形

4、圖的概念，用以在Continuum的人群建模方法中加入群組信息，提出一種了基于Continuum方法的隊(duì)形控制及其隊(duì)形保持算法。擴(kuò)展后的Continuum方法可以使各種隊(duì)形的群組在行進(jìn)及交互時(shí)能有效保持隊(duì)形細(xì)節(jié)。擴(kuò)展后的模型加入了交互操作的計(jì)算方法和算法基礎(chǔ)，為用戶操作的嵌入提供條件。嘗試通過低通濾波的方法對(duì)某些區(qū)域的群組運(yùn)動(dòng)進(jìn)行平滑處理，優(yōu)化了群組的運(yùn)動(dòng)效果。針對(duì)較狹窄路口的特殊情況，提出了兩個(gè)算法，在保持隊(duì)形細(xì)節(jié)的前提下，使得群組可