人群运动仿真模型分析

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1、人群运动仿真模型分析　　摘要：计算机模拟行人的运动行为在人群模拟、数字娱乐及安全规划等都有着广泛的应用。人群运动仿真的常用模型包括基于规则模型、基于社会力模型、元胞自动机模型和基于Agent模型等。详细介绍了各种模型的优缺点，以及人群运动规划，包括全局路径规划、局部路径导航和个体之间的交互作用。现阶段要想实现真实的人群运动模拟效果，需要根据各种环境因素选用合适的模型来提高人群运动的仿真度。　　关键词：人群运动模型；碰撞避免；运动控制；路径　　中图分类号：TP391.9文献标志码：A文章编号：1006

2、-8228（2016）11-61-03　　Analysisofcrowdmovementsimulationmodel　　ZhangXiuguo　　（QingdaoTechnologicalUniversityQindaoCollege，DepartmentofComputerEngineering，Qingdao，Shandong266100，China）　　Abstract：Thesimulationofpedestrianmovementbehaviorhasawiderangeofappli

3、cationsinthecrowdsimulation，digitalentertainmentandsecurityplanning.Thecommonlyusedcrowdmotionsimulationmodelsincludetherule-basedmodel，thesocialforcebasedmodel，thecellularautomatamodelandAgentbasedmodel，etc.Thispaperintroducestheadvantagesanddisadvant

4、agesof8variousmodelsindetail，andthecrowdmovementplanning，includingtheglobalpathplanning，thelocalpathnavigationandinteractioneffectbetweenindividualsandsoon.Inordertorealizetherealcrowdmovementsimulationeffect，asuitablemodelneedstobeadoptedaccordingtova

5、riousenvironmentalfactorstoimprovethesimulationfidelityofthecrowdmovement.　　Keywords：crowdmovementmodel；collisionavoidance；momentcontrol；path　　0引言　　近年来由于计算机技术的不断发展，模拟行人的运动行为在人群模拟、数字娱乐及安全规划等都有着广泛的应用。虽然人类在拥挤的地方能够顺利甚至毫不费力的移动，但对于计算机程序来说，模仿这种行为的现实性仍然是一个挑战性的

6、任务。　　人群运动仿真行为的研究大致有宏观和微观两种行为的研究。人群运动宏观行为研究一般针对大范围的人群流动场景，研究以组为单位的人群行为。而微观行为研究则关注于人群中个体行为研究，适合于人群不太密集的场合。虚拟人和虚拟环境的相互作用在人群运动模拟中非常关键，人群在运动的过程中不断感知周围环境信息并进行运动调整。　　1人群运动模拟模型　　大量的学者在研究人群运动行为时，提出了一系列模型。具有代表性的模型有：基于规则模型、基于社会力模型、元胞自动机模型和基于Agent模型等。下面将分别介绍这些模型。8

7、　　1.1基于规则模型　　在计算机图形学领域中，1987年Reynolds[1]对鸟群的开创性工作，提出了Boid（鸟群仿真运动模型）是最早的关于行为模拟的文章之一。该模型可以模拟鸟群的聚集飞行行为，描述了一种分布式的行为模型来模拟鸟群的运动。　　基于个体规则的方法只能模拟较简单的群体运动。对于人类群体的运动行为由于规则数量的不断增加，从而使规则顺序大量增加，实验的难度也会增大。因此，基于个体行为规则的方法很难全面描述人群运动行为。基于规则的模型在实现避免碰撞时是根据预定义的规则状态[2]，视觉上吸

8、引人的模拟是可以实现的。但是，对于特定场景情况规则可能是紧密耦合。因此这样的模型在一般情况下可能起不到很好的作用。　　1.2基于社会力模型　　DrikHelbing等最初从人类社会心理学和力学两方面，模拟了人群在恐慌状态下的特点，假设行人受到社会力的作用，提出了社会力学模型[3]。由于该模型是以牛顿力和个体间相互的社会心理影响力为基础，可信度较高，因此被广泛应用和研究。在该模型里，行人在运动时会受到自身的期望速度大小和期望速度方向、人与人之间的作用力fij和障碍物对人