基于动态势场的车辆三维仿真方法研究

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1、中文图书分类号：TP391密级：公开UDC：004学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于动态势场的车辆三维仿真方法研究论文作者：蔡梦佳学科：计算机科学与技术指导教师：孔德慧论文提交日期：2015年6月UDC：004学校代码：10005中文图书分类号：TP391学号：S201207106密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文（全日制）题目：基于动态势场的车辆三维仿真方法研究英文题目：STUDYOF3DCARSIMULATIONMETHODBASEDONDYNAMICPOTENTIA

2、LFIELDVENUE论文作者：蔡梦佳学科：计算机科学与技术研究方向：计算机仿真申请学位：工学硕士指导教师：孔德慧所在单位：城市交通学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：蔡梦佳日期：201

3、5年7月8日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：蔡梦佳日期：2015年7月8日导师签名：孔德慧日期：2015年7月8日摘要摘要智能交通系统是未来交通发展的方向，仿真技术作为研究交通系统的有效手段，在智能交通领域有很好的应用前景。成功的搭建城市交通仿真模型，可以为交通道路设计提供依据。城市道路交通流是城市交通中的主要组成

4、因素，而虚拟现实技术被证明非常适用于对城市道路交通流进行模拟研究，城市道路交通流虚拟模拟能够为行人交通安全教育以及城市道路交通流运动研究提供重要参考，具有重要的指导意义和广泛的研究前景。动态隐势场模型作为流体仿真的一个经典模型，将影响大规模群体运动的因素综合为一个连续的流场，大幅提升了仿真效果。该模型已经被国内外研究者运用到大规模人群仿真研究中，并取得了一定的研究进展。由于人群行为的自由度比较高，而车辆的行为可以看作是一个人群行为的一个简化，我们可以考虑将动态隐势场模型运用到车辆仿真上。因此，本文针对交通枢纽复杂的交通情况，研

5、究基于动态隐势场的城市道路网络的车辆三维仿真方法。根据车辆在不同交通状况下的行为特点，本文为虚拟车辆赋予了多种智能化的运动策略，使车辆能够合理应对各种情况。在满足真实感和实时性的前提下，实现了虚拟车辆的智能化运动。具体完成的创新工作如下：（1）提出了一种基于动态势场的车辆运动模型。根据路况信息生成指导车辆运动的全局势场，完成局部区域的碰撞避免与车辆路径规划。并基于动态势场模型，实现了车辆的跟驰、换道行为。（2）提出了基于FIM（FastIterativeMethod）算法的车辆仿真优化方案。由于上述车辆运动仿真模型效率的主要标

6、准为势场的构建速度，本文提出了基于FIM算法的势场并行计算方法，优化势场的构建效率。此外，本文结合CPU和GPU的运算特点，设计了不同的架构来实现车辆仿真系统，并最终得到了性能最为优良的基于多核CPU+GPU的并行异构的车辆仿真系统。（3）提出了基于并行环境的较为通用的地形信息描述方法。该方法建立了较为通用的场景表示方法和交通枢纽道路表示模型。本文以北京南站周围场景为例，同时运用上述车辆运动模型和仿真优化方案，实现了具有较高实时性的基于势场的车辆三维真实感仿真。实验结果表明，本文方法能够在大规模车辆的实时渲染场景中获得良好的仿

7、真效果和仿真效率。在万车辆级别的场景想，仿真效率可以达到80fps。最并基于上述研究，设计并实现面向城市道路交通网络的车辆三维仿真系统。I北京工业大学工学硕士学位论文关键词：虚拟现实；动态势场；车辆仿真；并行异构IIAbstractAbstractThedirectionoffuturetrafficistheintelligenttransportationsystem.Asaneffectivemeanstostudythedevelopmentofthetransportsystem,simulationtechnolo

8、gyhasgoodapplicableprospectsinthefieldofintelligenttransportation.Buildingurbantrafficsimulationmodelsuccessfullycanprovidethebasisforthed