基于人工蜂群算法的复杂场景路径规划研究

摘要

伴随世界经济、人口的快速发展及城市化进程的稳步加快，随之而来的公共安全事故日益增多，公共安全的管理问题引起社会各界的广泛重视。对人群的疏散行为进行研究，总结行人运动规律，从而在紧急情况下提供直观的疏散路径规划、制定合理的应急预案、保证人民生命财产安全，已成为安全管理中亟待解决的重要问题。在传统演练方法多方面受限的情况下，计算机仿真技术的研究与应用提供了有效的解决思路，克服了传统方法安全性低、效果不真实等问题，能够实现逼真、高效的人群运动行为模拟。对人群的运动行为进行仿真，其内容主要包括三维模型建模、人群运动以及虚拟场景下的宏观路径规划三方面内容。针对以上三方面内容，本文分别提出了相应的人群疏散行为模型及三维模型建模方法。对于传统模型建模方法中存在的成本高昂、操作难度大等问题，采用了三维建模软件进行三维场景模型及虚拟人物模型的构建及贴图工作，该方法能够有效实现不同类型场景、人物的比例还原，同时满足了模型建模真实准确的要求。此外，目前的人群疏散行为模型研究中，还存在宏观路径规划算法适用性差、不支持复杂场景的规模群体运动、行人运动行为不合理等问题。
　　本研究主要内容包括：⑴对软件构建的三维场景模型进行拓扑结构的求解以及实现真实感虚拟人物模型的不同动作。通过提取三维场景的语义信息获得场景的区域划分关系，从而得到场景模型的拓扑结构，简化场景存储结构和宏观路径规划复杂度，实现复杂场景下路径信息的获取与存储。使用Motion Builder软件对构建的人物模型添加运动，实现虚拟人物在仿真中走路、奔跑等多种行为效果，获得真实生动的虚拟人物模型，为人群运动仿真研究中的动作建模方法做有效参考。⑵提出一种引入视觉影响的动态避障社会力模型进行人群的运动行为模拟。在原始社会力模型基础上引入视觉影响因子，体现不同视角对个体运动产生的不同影响，对不可见行人之间的作用力进行限定，使个体运动行为的模拟更加真实合理；对运动过程中存在障碍物的情况，提出在障碍物包围盒顶点设置临时目标点的策略，实现个体在可视范围内的提前避障行为，驱动行人平滑、流畅的完成局部运动过程。⑶提出一种基于分组策略的改进引领路径选择机制的人工蜂群算法，实现复杂场景下的实时宏观路径规划。对原蜂群中蜜蜂进行分组，实现只在同组内进行引领选择、信息传递，采用并行计算加快算法收敛速度；改进了引领蜂路径选择机制，兼顾出口拥挤度与路径长度等因素，模拟出疏散中人群尽快逃离的心理现象，提高人群在场景中的实时感知能力，更符合真实的人群疏散效果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 人群疏散仿真中存在的问题

1.4 本文主要研究内容和创新点

1.5 论文组织结构

第二章 人群疏散仿真的三维模型建模方法

2.1 引言

2.2 三维场景的建模方法

2.3 虚拟人物的建模方法

2.4 本章小结

第三章 基于社会力模型的人群疏散仿真方法

3.1 引言

3.2 社会力模型基本原理

3.3 社会力模型的局限性及改进

3.4 基于改进社会力模型的人群仿真应用实例

3.5 本章小结

第四章 基于人工蜂群算法的宏观路径规划方法

4.1 引言

4.2人工蜂群算法基本思想

4.3人工蜂群算法的宏观路径规划

4.4 基于改进人工蜂群算法的宏观路径规划应用实例

4.5 本章小结

第五章 人群仿真系统与真实感渲染平台设计与实现

5.1 引言

5.2 系统设计与架构

5.3 系统及平台功能界面

5.4 人群仿真建模设计实例

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要成果

致谢