穿越瓶颈行人流的Unity 3D仿真模拟研究

摘要

随着城市经济的快速发展，人们的生活节奏随之加快，随之而来的大型公共场所内部行人交通拥堵问题日益凸显。其中，紧急情况下人员有效疏散问题已随着社会经济的快速发展日趋严重，受到很多专家学者的关注。面对这一情况，除了提高自身安全意识和面对紧急情况的应变能力之外，通过科学、合理、有效的疏散策略以及对建筑物内部设施进行合理的规划设计等措施，无疑是意外情况中保障行人生命安全不二之选。此外，由于个人、环境等不可控因素对开展真人演练实验造成一定程度影响，并且会给人员生命安全带来威胁等原因，通过真实人物演练实验来研究行人疏散行为具有一定局限性。因此，通过计算机软件技术仿真模拟现实情境，并通过有效控制此环境模型的可变因素以及影响行人的行为因素，来对行人交通行为展开科学、合理的研究尤为重要。
　　本文在基于社会力模型的理论体系基础之上，运用Unity3D仿真模拟技术展开对特定环境紧急情况下行人疏散过程的仿真模拟，最终力求实现一种源于研究者研究需求、可交互的计算机模型。本文前半部分主要是集中于设计满足实验需求的环境场景的构建，后半部分主要集中于进行社会力理论模型核心算法代码实现，最后通过所建立的合理的计算机模拟模型实现行人在楼梯瓶颈处疏散过程模拟，观察并分析行人在这种特定环境下的疏散行为。为了方便数据的采集与收集，将内蒙古大学本校区校园环境作为仿真模型的环境背景来进行场景渲染。具体设计如下:
　　(1)首先通过介绍社会力模型核心内容来阐述本文研究的理论依据，并结合Unity3D相关实现该项研究的软件功能阐述本文研究的可行性。从实际的校园环境出发，利用3Ds Max搭建逼真的校园环境建筑物模型，然后将搭建好的模型导入到Unity3D中，并利用其功能构建合理的内蒙古大学北校区校园环境模拟模型。
　　(2)结合所建立的内蒙古大学北校区校园环境模型，对本文需要研究的瓶颈环境进行具体实现。由于考虑到体力耗散对行人行为的影响，本文主要是基于教学楼的最低三层对行人疏散过程进行仿真模拟。在进行合理的假设基础之上，实现正常情况下楼梯瓶颈处行人疏散过程的仿真模拟。
　　(3)在所构建的一般情况下瓶颈处行人交通仿真模拟模型的基础之上，加入校园频发火灾意外情况的仿真模拟并结合社会力模型核心思想。通过给参与疏散过程的对象挂载脚本组件的方式实现基于社会力模型火灾情况下行人所受到的自驱动力、行人与行人之间的作用力、行人与障碍物之间的作用力这三个力的合力计算，由行人所受合力来推导其加速度，并通过加速度来计算行人逃生过程中的实时速度。
　　(4)对实现的基于瓶颈处行人流Unity3D仿真模拟模型的合理性进行分析。

目录

声明

摘要

图表目录

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 行人交通实证研究现状

1．2．2 行人交通模型研究现状

1．2．3 社会力模型原理

1．3 本文研究内容

第二章 穿越瓶颈行人流的unity3D仿真模拟设计

2．1 引言

2．2 仿真模拟软件简介

2．3 Unity 3D软件简介

2．3．1 创建场景

2．3．2 物理引擎

2．3．3 烘焙渲染

2．3．4 自动寻路

2．3．5 导航障碍组件(Navmesh Obstacle)

2．3．6 Unity GUI

2．3．7 脚本

2．4 软件实现模型的可行性

2．4．1 三维校园场景的构建

2．4．2 场景的动画

2．4．3 自动寻路

2．4．4 摩擦与碰撞

2．5 穿越瓶颈行人流的Unity 3D仿真模拟研究意义

2．6 本章小结

第三章 瓶颈处行人疏散模拟模型实现

3．1 引言

3．2 穿越瓶颈行人流的Unity 3D仿真模型总体实现思路

3．3 环境模型构建

3．3．1 校园建筑物3Ds Max制作

3．3．2 Unity 3D中校园环境的构建

3．4 Unity 3D模拟模型控制

3．4．1 主摄像机控制

3．4．2 瓶颈处行人个体疏散过程控制

3．5 瓶颈处行人疏散仿真模型实现

第四章 考虑火灾影响的行人疏散模拟模型实现

4．1 引言

4．2 火灾影响的行人行为分析

4．3 火灾环境模拟实现

4．4 火灾影响的行人疏散过程模拟实现

4．4．1 Unity 3D中向量基础知识介绍

4．4．2 基于社会力模型火灾情况行人疏散过程模拟实现

4．5 瓶颈处行人疏散Unity 3D仿真模型评价

4．5．1 实验结果

4．5．2 模型评价

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

附录

致谢