人群聚集行为建模及仿真技术的研究
发布时间：2021-07-20 08:52
随着计算机运算能力的提高,计算机人群仿真技术在越来越多的领域得到应用。人群仿真只涉及两了领域的研究:人群仿真技术和人群仿真环境,在以往的人群仿真技术研究中,对于人群聚集行为建模的研究鲜有研究,常见的是人群行为建模、路径规划、碰撞检测以及一些特定场景下的人群仿真研究。在现实生活中人群聚集行为时有发生,如下课后学生向食堂聚集、上班或者下班后人们往地铁站聚集等等,对于不同的场景产生的聚集效果是不同的,如食堂外同学们的聚集特征是散乱、快速运动等,而食堂内则会出现排队、匀速前景等特征,本课题将针对人群聚集行为进行建模,分析人群聚集过程以及和聚集场景之间的关系。除了人群仿真技术本身之外,仿真环境的要求也越来越高。在以往的研究中研究者们对仿真环境要求较低,一般采用opengl等技术对将要仿真的环境进行简单的渲染,特别是在大规模场景建模方面的相关研究较少。本课题将基于真实的三维场景对校园环境进行重建,本论文中将介绍三维重建的基本算法:SFM算法,介绍通过图像或者视频等图形学的方法进行三维重建的过程。在人群仿真技术领域,国内外已经研究出了很多的人群行为模型,在本课题的研究中使用的menge人群仿真框架是...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某品牌鞋重建前与重建后对比图
1.2.3 人群仿真环境模型翻阅以往的研究资料发现大多数文献中对人群仿真环境的处理都是采opengl 等渲染技术简单地画出仿真环境，人群仿真需要处在一个环境中，不管火灾现场、地铁站还是体育场，有了仿真的环境才能放人群仿真更加接近真关于建模方法的研究已经有很多，在此课题中将采用工业界的建模方法搭建人仿真环境。在工业界中，建模大多应用于动漫和游戏行业，主要采用的方法是3DMAX 或者 MAYA 等建模工具进行建模。针对大规模场景的建模方法也已经有了较成熟的商业软件，如 PIX4Altizer 等，它们采用的方法是用无人机拍摄大量的目标环境的照片，通过拍摄照片重建出其三维模型，再经过后期的手动处理就能得到相对较清晰的三维模针对物件的三维重建的方法，应用较为成熟的激光扫描法：在被扫描的物件上上标志点，再利用手持的激光扫描设备进行扫描，把扫描后的模型中标志点去经过细化处理就能得到相对较精细的 3D 模型。这种三维重建技术现在已经广应用于文物、汽车等领域，相关引用如下图 1-1，图 1-2 所示：
人群聚集会产生相对有序的效果。环境因子越小，产生的聚集效果相对无序切速度上也会相对随机。环境因子是由产生人群聚集行为的环境决定的，agent 只是根据不同的环境因子产生不同的聚集效果。因此在仿真过程中，agent只能去识别场景中的环境因子，就好像人的眼睛，观察到了不同的地点产生不同的反应。（2）本课题是在 menge 的基础上实现人群聚集行为仿真，在 menge 中的路径规划采用的 A*算法，A*算法是经典的路径规划算法。在 menge 中所采用的路径规划算法计算上有很多的冗余，由于 A*算法属于贪心算法，在计算路径时会计算出从起点到终点的所有路径，若场景中存在凹型障碍物，该算法依然会对凹的部分进行计算并规划路径，如下图 1-3 中 a 图所示，黄色线条表示从起点到终点A*算法计算出的路径。在实际的场景中，当人们发现前方有障碍物时是不会走到障碍物跟前才改变自己的方向。在路径规划上依然采用全局规划加局部优化的算法，本课题在路径规划中的创新点在于把凹型障碍物凹的部分从切线处进行连线，如图 1-3 中 b 图所示。连线后把凹部分也看做障碍物，在进行路径规划是就不会计算障碍物凹的部分，这样就减小计算量，缩短计算时间，提高计算效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Agent的突发性群体事件人群聚集效应分析[J]. 陈鹏,陈建国,袁宏永. 计算机工程与应用. 2014(24)
[2]基于场的人群运动仿真[J]. 赵欣欣,张勇,孔德慧,尹宝才. 中国图象图形学报. 2013(03)
[3]基于网格Agent的群体性事件人群聚集模型研究[J]. 常钦,党会森. 中国人民公安大学学报(自然科学版). 2011(03)
[4]虚拟现实综述[J]. 赵沁平. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[5]人群疏散行为仿真技术研究[J]. 秦文虎,查骏元,苏国辉,舒鑫. 中国安全科学学报. 2008(02)
[6]人群聚集过程的定量分析与计算机模拟[J]. 王振,刘茂. 青岛大学学报(自然科学版). 2006(02)
[7]出口条件对人员疏散的影响及其分析[J]. 宋卫国,于彦飞,陈涛. 火灾科学. 2003(02)
[8]虚拟人合成研究综述[J]. 王兆其. 中国科学院研究生院学报. 2000(02)
博士论文
[1]数据驱动的人群动画仿真技术研究[D]. 王鑫.浙江大学 2009
硕士论文
[1]数据驱动的人群行为仿真建模研究[D]. 赵世博.北京交通大学 2017
[2]数据驱动控制算法及其仿真平台开发[D]. 卢頔.北京交通大学 2009
本文编号：3292521
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某品牌鞋重建前与重建后对比图
1.2.3 人群仿真环境模型翻阅以往的研究资料发现大多数文献中对人群仿真环境的处理都是采opengl 等渲染技术简单地画出仿真环境，人群仿真需要处在一个环境中，不管火灾现场、地铁站还是体育场，有了仿真的环境才能放人群仿真更加接近真关于建模方法的研究已经有很多，在此课题中将采用工业界的建模方法搭建人仿真环境。在工业界中，建模大多应用于动漫和游戏行业，主要采用的方法是3DMAX 或者 MAYA 等建模工具进行建模。针对大规模场景的建模方法也已经有了较成熟的商业软件，如 PIX4Altizer 等，它们采用的方法是用无人机拍摄大量的目标环境的照片，通过拍摄照片重建出其三维模型，再经过后期的手动处理就能得到相对较清晰的三维模针对物件的三维重建的方法，应用较为成熟的激光扫描法：在被扫描的物件上上标志点，再利用手持的激光扫描设备进行扫描，把扫描后的模型中标志点去经过细化处理就能得到相对较精细的 3D 模型。这种三维重建技术现在已经广应用于文物、汽车等领域，相关引用如下图 1-1，图 1-2 所示：
人群聚集会产生相对有序的效果。环境因子越小，产生的聚集效果相对无序切速度上也会相对随机。环境因子是由产生人群聚集行为的环境决定的，agent 只是根据不同的环境因子产生不同的聚集效果。因此在仿真过程中，agent只能去识别场景中的环境因子，就好像人的眼睛，观察到了不同的地点产生不同的反应。（2）本课题是在 menge 的基础上实现人群聚集行为仿真，在 menge 中的路径规划采用的 A*算法，A*算法是经典的路径规划算法。在 menge 中所采用的路径规划算法计算上有很多的冗余，由于 A*算法属于贪心算法，在计算路径时会计算出从起点到终点的所有路径，若场景中存在凹型障碍物，该算法依然会对凹的部分进行计算并规划路径，如下图 1-3 中 a 图所示，黄色线条表示从起点到终点A*算法计算出的路径。在实际的场景中，当人们发现前方有障碍物时是不会走到障碍物跟前才改变自己的方向。在路径规划上依然采用全局规划加局部优化的算法，本课题在路径规划中的创新点在于把凹型障碍物凹的部分从切线处进行连线，如图 1-3 中 b 图所示。连线后把凹部分也看做障碍物，在进行路径规划是就不会计算障碍物凹的部分，这样就减小计算量，缩短计算时间，提高计算效率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Agent的突发性群体事件人群聚集效应分析[J]. 陈鹏,陈建国,袁宏永. 计算机工程与应用. 2014(24)
[2]基于场的人群运动仿真[J]. 赵欣欣,张勇,孔德慧,尹宝才. 中国图象图形学报. 2013(03)
[3]基于网格Agent的群体性事件人群聚集模型研究[J]. 常钦,党会森. 中国人民公安大学学报(自然科学版). 2011(03)
[4]虚拟现实综述[J]. 赵沁平. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[5]人群疏散行为仿真技术研究[J]. 秦文虎,查骏元,苏国辉,舒鑫. 中国安全科学学报. 2008(02)
[6]人群聚集过程的定量分析与计算机模拟[J]. 王振,刘茂. 青岛大学学报(自然科学版). 2006(02)
[7]出口条件对人员疏散的影响及其分析[J]. 宋卫国,于彦飞,陈涛. 火灾科学. 2003(02)
[8]虚拟人合成研究综述[J]. 王兆其. 中国科学院研究生院学报. 2000(02)
博士论文
[1]数据驱动的人群动画仿真技术研究[D]. 王鑫.浙江大学 2009
硕士论文
[1]数据驱动的人群行为仿真建模研究[D]. 赵世博.北京交通大学 2017
[2]数据驱动控制算法及其仿真平台开发[D]. 卢頔.北京交通大学 2009
本文编号：3292521
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