基于流體框架的大規(guī)模實時性人群模擬.pdf

1、人群運動仿真是一種使用計算機(jī)來模擬現(xiàn)實生活中人群運動特征和行為的技術(shù)。通過建立虛擬世界場景，可以真實地模擬人群運動的過程。而隨著計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人群模擬技術(shù)也在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)一展身手。如在游戲、電影動漫、虛擬現(xiàn)實等等應(yīng)用中，都可以發(fā)現(xiàn)這項技術(shù)的身影。
　　近年來，隨著城市化進(jìn)程的逐步開展、人口密度的持續(xù)增大，復(fù)雜的路況、地形等等都給公共安全帶來了較多隱患。一旦發(fā)生緊急情況，就可能出現(xiàn)踩踏等對生命安全產(chǎn)生巨大威脅的事件

2、。因此，建立一種高度真實的大規(guī)模人群運動的模擬模型并提供一種實時人群模擬碰撞避免的評估檢測方法對于群體性災(zāi)難事件的預(yù)防是刻不容緩的。
　　基于智能體的人群仿真就是一種較為成熟的技術(shù)。該方法將人群中的每一個人視為單獨的個體，通過計算個體之間的相互作用力來驅(qū)使個體運動。這種方法雖然在模擬人群差異化方面有不俗的表現(xiàn)，但是無法模擬人群根據(jù)外界環(huán)境的影響動態(tài)改變自身行為的特性；此外，該方法在模擬大規(guī)模人群時涉及海量計算，實時性較差。

3、　　針對上述問題，本文將流體動力學(xué)與人群模擬相結(jié)合，提出了一種基于流體動力學(xué)和智能體仿真的混合模擬框架。該框架創(chuàng)新點在于既保留現(xiàn)有智能體仿真的優(yōu)點，又提供了一種整體性模擬人群運動的手段，可以有效地降低整個模擬過程中的計算消耗，同時克服智能體方法中人群運動軌跡突變的缺陷。
　　其次，本文提出了一種基于群體綜合力的相互作用力計算方法。該方法將人群之間的作用力簡化，拆解成聚合力、排斥力、分離力。通過關(guān)系向量的形式將作用力組合，可以真實地

4、控制人群個體之間相互影響的行為。
　　最后，為了提升整體模擬的效率，本文還提出了基于多細(xì)節(jié)層次的虛擬人群節(jié)點加速算法。這種算法將同特征小群體劃分為簇類，合并近似節(jié)點，大幅度減少了人群模擬的計算規(guī)模，非常適合于大規(guī)模人群模擬的實時交互和預(yù)覽。
　　本文完整地實現(xiàn)了基于流體模擬的大規(guī)模人群運動框架，通過一系列實驗與評估以測試本文框架性能以及其模擬結(jié)果的正確性。實驗結(jié)果證明本文系統(tǒng)在場景較為復(fù)雜的情況下也能到達(dá)實時的反饋速度，同時