人群行为建模及其在交通仿真中的应用

摘要

虚拟人群行为仿真技术在军事、交通、数字娱乐、建筑设计等方面具有广泛的应用需求，对它的研究已成为虚拟现实和计算机图形领域的热点之一。论文从提高虚拟人群行为仿真的真实性和智能化角度出发，开展虚拟人群行为模型和虚拟人群行为仿真相关算法的研究，具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　论文的主要工作和创新点如下:
　　1)研究了一种虚拟人运动控制混合驱动方法。基于虚拟人关节点骨架模型和动力学模型，构建运动捕捉数据和PD控制器相融合的控制框架。利用运动捕捉数据描述虚拟人运动的关键姿态，使用PD控制器进行中间姿态的控制，提高了虚拟人运动仿真的真实感和个性化。
　　2)提出了一种虚拟人群的路径规划算法。通过Delaunay三角化方法和Dijkstra算法实现了虚拟人群的全局导航，使用加入停止规则的RVO方法完成虚拟人群的局部避碰。避碰过程计算简单，能满足人群仿真的实时性要求;停止规则消除了虚拟人运动的“抖动”现象，增加了人群仿真的真实性。
　　3)建立了人体的站立闲置行为模型。通过采集人体站立闲置状态下的大量足底压力和姿态数据，分析了足底四个区域的压力变化，抽象出闲置行为的四种模式，模式的组合构造了人体的闲置行为，增加了虚拟人群仿真的多样性。
　　4)构建了基于个体及组的虚拟人群仿真统一构架。基于个体的虚拟人群行为模型综合了感知系统、压力等系统，由决策系统进行行为决策，利用运动驱动系统实现人群的运动控制;在此基础上增加了基于组的聚拢与分散群体行为，产生了更加复杂的群组运动，实现了个体、组两种层次的行为仿真。
　　5)开发了人群行为仿真平台。十字路口、地铁站场景的人群行为仿真，表现出了正常情况下的穿插、聚拢、排队行为;紧急情况下的停止、分散、领导与跟随等人群行为。仿真实例取得了较好的模拟效果，展示了研究成果在交通领域的良好应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 虚拟人运动控制技术

1．2．2 人群路径规划算法

1．2．3 人群行为理论、建模方法和模型

1．3 论文的主要研究内容

1．4 论文的章节安排

第二章 虚拟人运动控制混合驱动方法

2．1 虚拟人姿态的运动数据表示

2．1．1 虚拟人关节模型

2．1．2 运动数据驱动原理

2．1．3 运动捕捉实验

2．2 增益参数计算

2．2．1 增益参数的自适应算法

2．2．2 转动惯量计算

2．2．3 扭矩补偿

2．3 根关节位置控制

2．4 实验

2．5 本章小结

第三章 基于Delaunay三角化和RVO方法的路径规划算法

3．1 基于Delaunay三角分割的全局路径规划算法

3．1．1 空间分割

3．1．2 基于单元入口图的路径搜索

3．2 基于改进RVO算法的局部避碰方法

3．2．1 动态障碍物避碰

3．2．2 静态障碍物避碰

3．2．3 停止规则

3．3 实验

3．4 本章小结

第四章 紧急的决策行为模型

4．1 信息感知

4．2 压力状态

4．3 个性参数对行为的影响

4．4 决策机制

4．4．1 决策流程

4．4．2 危机认定

4．4．3 角色判断

4．4．4 虚拟人的备选行为

4．4．5 路径规划

4．5 运动驱动实现

4．6 仿真实验

4．7 本章小结

第五章 基于站立闲置行为和目标的人群模型

5．1 站立闲置行为研究

5．1．1 实验设计

5．1．2 实验数据分析

5．1．3 闲置行为建模

5．2 分层的模型构架

5．3 压力状态

5．4 基于目标的决策

5．5 站立闲置系统

5．6 仿真实验

5．7 本章小结

第六章 统一的虚拟人群行为模型及其交通仿真应用

6．1 基于个体的虚拟人群行为模型的统一框架

6．2 分组的虚拟人群行为模型

6．3 人群行为模型在交通仿真中的应用

6．3．1 十字路口场景仿真

6．3．2 地铁站场景仿真

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简介

致谢