基于小级别组的人群行为仿真研究

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1、国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要随着计算机技术的迅猛发展，虚拟人群的应用范围越来越广，从人们日常的娱乐活动到严格的军事训练，都能看到各种各样的虚拟人群。而当前虚拟人群行为仿真仍存在模型真实性差、人群行为仿真框架适用性差等问题。针对这些问题，本文对虚拟人群行为仿真的关键技术展开深入研究，主要包括人群行为仿真的框架设计、独立个体的路径规划、小级别组的行为生成这三个方面，提出了相应的算法和模型，并在此基础上建立了一个虚拟人群行为仿真演示系统。本文的主要研究内容概括如下：一、论文首先对虚拟人群行为仿真的研究背景、现状及发展趋势进行概述，对比分析虚拟人群行为仿真的三类研究方法，重点

2、突出基于多智能体方法的优点，为后面基于多智能体系统的人群行为仿真框架的奠定理论基础。二、本文在多智能体系统的基础上，构建了一种基于行为智能体的虚拟人群行为仿真框架。该框架在基于行为的多智能体体系结构中加入认知层的路径规划，更适合于模拟具有高度的动态性、复杂性和不可预测性的人群行为。同时该框架还借鉴了模块化设计和面向对象仿真的思路，将框架各组件最大模块化，将智能体充分抽象化，使框架实现过程中各部分更具独立性，增强了框架的通用性。三、针对虚拟人群中的独立个体，本文将通道图方法和力场方法相结合模拟出适用于小级别组的个体导航行为和避碰行为。针对小级别组的应用背景，本文对通道图方法做适当改

3、进，结合GeneralizedVoronoiDiagram(GVD)构造更高效更精简的通道图，并利用边界重采样、附加采样点信息的方法进一步降低通道图的规模，提高路径查询的效率，最后借鉴基于力场的碰撞避免方法，在通道中引入吸引力、边界力和避碰力实现个体的导航行为和避碰行为。四、本文从队形变换的角度对小级别组行为生成方法进行研究。本文首先对常见的小别组基本队形进行分析，然后结合前面提出的个体路径规划方法生成2~4人的小级别组行为。根据组的分离特性与聚集特性，5~10人的小级别组在运动过程中会分离成关系紧密的2~4人子组，进而本文设计了2个规则来计算分离子组的期望速度，从而实现了5~1

4、0人的小级别组行为生成。五、最后，本文开发出一个基于小级别组的人群行为仿真演示系统。我们结合当前主流的三维渲染引擎、视景仿真建模软件、交互界面设计软件，开发出具有良好交互性和可视性的人群行为仿真演示系统，进一步验证了本文的虚拟人群行为仿真框架和小级别组行为生成方法的可行性和有效性。第i页万方数据国防科学技术大学研究生院硕士学位论文关键词:虚拟人群行为仿真；多智能体系统；小级别组；路径规划；广义Voronoi图第ii页万方数据国防科学技术大学研究生院硕士学位论文ABSTRACTAstherapiddevelopmentofsimulationtechnology,theapplic

5、ationscopeofvirtualcrowdbehaviorsimulationbecomeswiderandwider.Frompeople’sdailyentertainmenttothestrictmilitarytraining,youcanseeallkindsofvirtualcrowds.However,therearestillmanyproblemsexistinginvirtualcrowdbehaviorsimulation,suchasthelowauthenticityofthemodels,thepooradaptabilityofthesimul

6、ationframeandsoon.Aimedattheseproblems,thispaperdevelopsdeepresearchesonthevitaltechnologesofvirtualcrowdbehaviorsimulation,respectivelyfromtheframedesigningofcrowdbehaviorsimulation,thepathplanningofindividualsandthegenerationofsmallgroupbehavior.Thenthecor-respondingalgorithmsandmodelsarepr

7、oposed,finallyademostrationsystemofvirtualcrowdbehaviorsimulationisestablished.Themaincontentsofthispaperissummarizedasfollows:(1)Firstly,thispapersketchesouttheapplyingbackground,thestateoftheartdomes-ticallyandoverseas,andthedevelopingtrend