基于流体动力学的大规模群体动画的建模与仿真

摘要

随着群体动画仿真技术的迅速发展，使其在各个领域中得到了广泛应用，如安保救灾训练系统、计算机游戏与动画、数字城市展示等。但是人们也对群体动画仿真提出了更多更高的要求：更大的群体规模，更加真实的渲染效果并且还需要满足用户的交互性的实时需求。然而就目前的计算机硬件水平来说，还不能够完全胜任这些任务，所以人们更加重视大规模群体动画的建模与渲染算法的研究，使得大规模群体动画成为重要的研究领域和极富挑战性的课题。
　　本文正是针对上述问题，提出了基于流体动力学的大规模群体动画的建模与渲染技术，将以大规模群体动画建模方法为主要的研究对象，再深入分析流体动力学并在此基础上，对两者的结合进行实现。再加上必要的实时渲染技术，将其应用到大规模群体动画仿真中。
　　本文的主要研究工作和特色为：
　　1．提出了基于整体控制的大规模群体动画的建模。在本文中将以流体动力学中为基础，把全局路径，挤塞避免，环境之间的相互作用和其他特定情况下结合到纳维-斯托克斯方程中。
　　2．提出了多层次的网格架构技术。在大规模的群体动画仿真中，通常只会看到场景的一部分或一小部分，可以利用多层次的网格架构技术简化场景中所需计算的群体数量。
　　3．提出了基于平滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics）的碰撞处理机制。避免了使用包围盒技术，将提高系统模拟效率。
　　4．研究了实时渲染技术和加速技术，并把层次细节、替代物技术、批次渲染技术混合用于群体动画实时渲染中，用来提高群体动画实时渲染的效率。
　　5．研究了人群行为的社会心理学相关理论，提出了混合社会比照理论（Social Comparison Theory）和感染论（Contagion Theory）的群体行为动画的建模，将用于模拟人群受到社会心理力的运动变化，将会提高群体行为的多样性和逻辑真实性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景和研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要工作及本文特色

1.5 本文结构

第二章 相关技术综述

2.1 群体的概念

2.2 实时群体行为模拟相关研究

2.3 流体动力学相关研究

2.4 社会心理学相关研究

2.5 本章小结

第三章 大规模群体动画的实时仿真

3.1 方法概述

3.2 全局控制策略

3.3 基于多层次网格的场景简化

3.4 局部控制策略

3.5 批次渲染结合LOD的加速绘制

3.6 仿真结果及分析

3.7 本章小结

第四章 群体动画的社会心理学研究与建模

4.1 现有群体动画模型关于模拟真实性的一些缺陷

4.2 社会心理学相关理论

4.3 群体行为的社会心理力建模

4.4群体行为控制方程

4.5 仿真结果及分析

4.6 本章小结

第五章 结 论

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果