虛擬交通環(huán)境下的人群仿真.pdf

1、人群仿真是通過建立人群行為特征模型，利用人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中人群運(yùn)動過程的模擬。人群仿真技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的重要組成部分，其應(yīng)用領(lǐng)域包括:各類虛擬環(huán)境、建筑疏散評估、群體行為演練、影視制作、計(jì)算機(jī)游戲等。人群仿真具有算法復(fù)雜度高、計(jì)算開銷大、實(shí)時性要求高等特點(diǎn)。當(dāng)人群規(guī)模達(dá)到一定數(shù)量后，僅依靠CPU串行模式進(jìn)行人群仿真計(jì)算，難以滿足實(shí)時性要求。近年來，GPU相關(guān)技術(shù)高速發(fā)展，使GPU具備了很強(qiáng)的計(jì)算能

2、力，尤其在并行計(jì)算能力上十分突出，非常適合用于人群仿真。
　　 本論文在研究了人物角色動畫算法、人群仿真算法、基于GPU通用計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，將基于GPU的計(jì)算技術(shù)引入人群仿真領(lǐng)域。論文工作的主要內(nèi)容包括:
　　 設(shè)計(jì)了一種基于GPU計(jì)算的并行骨骼動畫渲染算法。在人群仿真過程中，傳統(tǒng)角色模型的渲染會耗費(fèi)大量的CPU資源。本文分析了角色骨骼動畫的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了骨骼動畫的并行計(jì)算算法，并利用OpenGL著色語言(GLSL)予以

3、實(shí)現(xiàn)。該算法中將骨骼矩陣運(yùn)算放到GPU中完成。具體方法是將骨骼矩陣以紋理數(shù)據(jù)的方式傳入到GPU的頂點(diǎn)著色器(VertexShader)中，利用頂點(diǎn)著色器完成骨骼動畫中網(wǎng)格模型的變形運(yùn)算。算法充分利用了GPU的并行運(yùn)算優(yōu)勢，較好地解決了人群仿真中每個人物角色的動畫計(jì)算問題。
　　 研究并使用了一種基于信號矢量(SignalVector)的人群行為策略模型。該模型中將人的行為策略建立在一套信號系統(tǒng)上，通過定義的信號向量來驅(qū)動個體人的

4、行為。將人與人之間碰撞信息、環(huán)境的障礙物信息等統(tǒng)一采用信號向量來表示。該模型簡化了人群的行為運(yùn)算，能夠滿足上千的行人個體在場景中自由移動，且不會出現(xiàn)與人與人之間的碰撞、人與障礙物之間的碰撞，便于擴(kuò)展以及并行運(yùn)算的優(yōu)化。
　　 本文以地鐵站臺環(huán)境為例，基于OSG三維圖形引擎搭建了虛擬交通環(huán)境平臺。在該虛擬交通環(huán)境平臺上，實(shí)現(xiàn)了上述人群仿真算法，并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文所采用的方法可行，能夠較好地提升人群仿真計(jì)算的效率