基于流體框架的大規(guī)模實(shí)時(shí)性人群模擬.pdf

1、人群運(yùn)動(dòng)仿真是一種使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)生活中人群運(yùn)動(dòng)特征和行為的技術(shù)。通過(guò)建立虛擬世界場(chǎng)景，可以真實(shí)地模擬人群運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。而隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人群模擬技術(shù)也在越來(lái)越多的領(lǐng)域內(nèi)一展身手。如在游戲、電影動(dòng)漫、虛擬現(xiàn)實(shí)等等應(yīng)用中，都可以發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的身影。
　　近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的逐步開(kāi)展、人口密度的持續(xù)增大，復(fù)雜的路況、地形等等都給公共安全帶來(lái)了較多隱患。一旦發(fā)生緊急情況，就可能出現(xiàn)踩踏等對(duì)生命安全產(chǎn)生巨大威脅的事件

2、。因此，建立一種高度真實(shí)的大規(guī)模人群運(yùn)動(dòng)的模擬模型并提供一種實(shí)時(shí)人群模擬碰撞避免的評(píng)估檢測(cè)方法對(duì)于群體性災(zāi)難事件的預(yù)防是刻不容緩的。
　　基于智能體的人群仿真就是一種較為成熟的技術(shù)。該方法將人群中的每一個(gè)人視為單獨(dú)的個(gè)體，通過(guò)計(jì)算個(gè)體之間的相互作用力來(lái)驅(qū)使個(gè)體運(yùn)動(dòng)。這種方法雖然在模擬人群差異化方面有不俗的表現(xiàn)，但是無(wú)法模擬人群根據(jù)外界環(huán)境的影響動(dòng)態(tài)改變自身行為的特性；此外，該方法在模擬大規(guī)模人群時(shí)涉及海量計(jì)算，實(shí)時(shí)性較差。

3、　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文將流體動(dòng)力學(xué)與人群模擬相結(jié)合，提出了一種基于流體動(dòng)力學(xué)和智能體仿真的混合模擬框架。該框架創(chuàng)新點(diǎn)在于既保留現(xiàn)有智能體仿真的優(yōu)點(diǎn)，又提供了一種整體性模擬人群運(yùn)動(dòng)的手段，可以有效地降低整個(gè)模擬過(guò)程中的計(jì)算消耗，同時(shí)克服智能體方法中人群運(yùn)動(dòng)軌跡突變的缺陷。
　　其次，本文提出了一種基于群體綜合力的相互作用力計(jì)算方法。該方法將人群之間的作用力簡(jiǎn)化，拆解成聚合力、排斥力、分離力。通過(guò)關(guān)系向量的形式將作用力組合，可以真實(shí)地

4、控制人群個(gè)體之間相互影響的行為。
　　最后，為了提升整體模擬的效率，本文還提出了基于多細(xì)節(jié)層次的虛擬人群節(jié)點(diǎn)加速算法。這種算法將同特征小群體劃分為簇類，合并近似節(jié)點(diǎn)，大幅度減少了人群模擬的計(jì)算規(guī)模，非常適合于大規(guī)模人群模擬的實(shí)時(shí)交互和預(yù)覽。
　　本文完整地實(shí)現(xiàn)了基于流體模擬的大規(guī)模人群運(yùn)動(dòng)框架，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)與評(píng)估以測(cè)試本文框架性能以及其模擬結(jié)果的正確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文系統(tǒng)在場(chǎng)景較為復(fù)雜的情況下也能到達(dá)實(shí)時(shí)的反饋速度，同時(shí)