一種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)雜場(chǎng)景的人群仿真。更具體地，涉及一種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人 群仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的群體性運(yùn)動(dòng)的建 模、分析、仿真與模擬成為了目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最熱門(mén)的課題之一。人群仿真的研宄就是人 群研宄領(lǐng)域的一個(gè)重要研宄課題。人群仿真就是對(duì)于特定的場(chǎng)景和情景信息，給出真實(shí)可 信的場(chǎng)景中人群的運(yùn)動(dòng)情況，其在軍事仿真、安全工程、建筑設(shè)計(jì)、數(shù)字娛樂(lè)等許多領(lǐng)域內(nèi) 都有著廣泛的應(yīng)用，因此具有重要的使用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。
[0003] 勢(shì)場(chǎng)法是一種經(jīng)典的人群建模方法，由于其簡(jiǎn)便明確的數(shù)學(xué)表達(dá)，在人群仿真中 有著廣泛的應(yīng)用。但是，由于勢(shì)場(chǎng)法是一種基于物理力學(xué)的方法，在實(shí)踐中難免會(huì)與理想物 理模型有些許出入，這也就使得勢(shì)場(chǎng)法的速度控制問(wèn)題存在缺陷。通常在實(shí)踐中會(huì)對(duì)勢(shì)場(chǎng) 建模的個(gè)體的速度設(shè)置一個(gè)閾值來(lái)限制個(gè)體的運(yùn)動(dòng)，防止該個(gè)體的速度無(wú)限制增加，最終 趨向于違反物理常識(shí)的無(wú)窮大。然而由于速度無(wú)法突變，其改變依賴(lài)加速度，有一定的滯后 性，造成了在實(shí)際仿真的過(guò)程中，速度的大小絕大多數(shù)時(shí)間都保持在這個(gè)設(shè)置的閾值，即最 大值，這是十分不真實(shí)的。
[0004] 因此，需要提供一種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法及系統(tǒng)，針對(duì)復(fù) 雜場(chǎng)景，進(jìn)行更加真實(shí)有效的人群仿真。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0007] -種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法，該方法包括如下步驟：
[0008] S1、根據(jù)復(fù)雜場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)信息對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)域劃分，得到復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)圖；
[0009] S2、根據(jù)復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，計(jì)算包含復(fù)雜場(chǎng) 景中場(chǎng)景入口、場(chǎng)景出口和特定感興趣區(qū)域的全局路徑；
[0010] S3、確定人群分組信息和人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息，根據(jù)人群分組信 息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息，在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的 勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力；
[0011] S4、根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力計(jì)算在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速 度，利用交通流模型對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)人群仿真。
[0012] 優(yōu)選地，步驟S3中"根據(jù)人群分組信息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和 復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息，在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng) 景中受到的作用力"進(jìn)一步包括如下子步驟：
[0013] S3. 1、根據(jù)人群分組信息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu) 信息，在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在勢(shì)場(chǎng)中的吸引勢(shì)Uatt和排斥勢(shì) Urep，公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法，其特征在于，該方法包括如下步驟： 51、 根據(jù)復(fù)雜場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)信息對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)域劃分，得到復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖； 52、 根據(jù)復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，計(jì)算包含復(fù)雜場(chǎng)景中 場(chǎng)景入口、場(chǎng)景出口和特定感興趣區(qū)域的全局路徑； 53、 確定人群分組信息和人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息，根據(jù)人群分組信息、人 群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息，在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)， 并根據(jù)個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力； 54、 根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力計(jì)算在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度，利 用交通流模型對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)人群仿真。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法，其特征在于，所述步 驟S3中"根據(jù)人群分組信息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息， 在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力" 進(jìn)一步包括如下子步驟： S3. 1、根據(jù)人群分組信息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息， 在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在勢(shì)場(chǎng)中的吸引勢(shì)U att和排斥勢(shì)U _， 公式如下：
公式中，q為個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息；ξ,為吸引勢(shì)系數(shù)；m為距離的指數(shù)系數(shù)； qgMl為個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的目標(biāo)位置信息；，n為排斥勢(shì)系數(shù)；D ^為排斥勢(shì)的影響范圍；η 為距離的指數(shù)系數(shù)，k為與個(gè)體有關(guān)聯(lián)性的分組中個(gè)體的數(shù)量；￥^為復(fù)雜場(chǎng)景中障礙物的 位置信息； S3. 2、根據(jù)個(gè)體在勢(shì)場(chǎng)中的吸引勢(shì)Uatt和排斥勢(shì)U _計(jì)算個(gè)體在勢(shì)場(chǎng)中的勢(shì)U t(rtal，公式 如下：
公式中，a為復(fù)雜場(chǎng)景中對(duì)個(gè)體的吸引源個(gè)數(shù)，b為復(fù)雜場(chǎng)景中對(duì)個(gè)體的排斥源個(gè)數(shù)； 53. 3、根據(jù)個(gè)體在勢(shì)場(chǎng)中的勢(shì)Uttrtal，計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力F，公式如 下： F1=-VtZioio,。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法，其特征在于，所述步 驟S4進(jìn)一步包括如下子步驟： 54. 1、根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力計(jì)算在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度； S4. 2、根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息，利用交通流模型基于人群中所有個(gè)體的位 置信息所表征的密度信息對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度大小進(jìn)行實(shí)時(shí)修正； S4. 3、根據(jù)實(shí)時(shí)速度方向和修正后的實(shí)時(shí)速度大小得到在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的修正 后的實(shí)時(shí)速度； S4. 4、根據(jù)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度，對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的位 置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，從而實(shí)現(xiàn)人群仿真。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法，其特征在于，所述步 驟S4. 2中"利用交通流模型基于人群中所有個(gè)體的位置信息所表征的密度信息對(duì)在人群 仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度大小進(jìn)行實(shí)時(shí)修正"的公式如下： 若個(gè)體周?chē)娜巳好芏冗m中，則在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度v(P)的計(jì) 算公式為：
公式中，在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的暢通實(shí)時(shí)速度，P為復(fù)雜場(chǎng)景中個(gè)體周?chē)?人群密度，Pm為復(fù)雜場(chǎng)景中人群的最大密度； 若個(gè)體周?chē)娜巳好芏雀?，則在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度V(P)的計(jì)算 公式為：
若個(gè)體周?chē)娜巳好芏鹊停瑒t在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度v(p)的計(jì)算 公式為： 一W用丁炅苯吻京
tf」壇認(rèn)A人樁具弟:統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 復(fù)雜場(chǎng)景區(qū)域劃分單元，用于根據(jù)復(fù)雜場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)信息對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)域劃分，得 到復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖； 復(fù)雜場(chǎng)景全局路徑規(guī)劃單元，根據(jù)復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行全局路徑規(guī) 劃，計(jì)算包含復(fù)雜場(chǎng)景中所有區(qū)域的場(chǎng)景入口、場(chǎng)景出口和特定感興趣區(qū)域的全局路徑； 個(gè)體勢(shì)場(chǎng)建立單元，用于確定人群分組信息和人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息， 根據(jù)人群分組信息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息，在復(fù)雜場(chǎng) 景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力； 人群仿真單元，用于根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力計(jì)算在人群仿真過(guò)程中個(gè)體 的實(shí)時(shí)速度，利用交通流模型對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)人 群仿真。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述勢(shì) 場(chǎng)建立單元根據(jù)人群分組信息、人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息和復(fù)雜場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信 息，在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力的公式為：
公式中，Uttrtal為個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的勢(shì)場(chǎng)中的勢(shì)；U att和U _分別為個(gè)體在勢(shì)場(chǎng)中的吸 引勢(shì)和排斥勢(shì)；F為個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力；q為個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息； %為吸引勢(shì)系數(shù)；m為距離的指數(shù)系數(shù)；q gMl為個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的目標(biāo)位置信息；，Tl為 排斥勢(shì)系數(shù)；Dtl為排斥勢(shì)的影響范圍；η為距離的指數(shù)系數(shù)，k為與個(gè)體有關(guān)聯(lián)性的分組中 個(gè)體的數(shù)量；Q itjbs為復(fù)雜場(chǎng)景中障礙物的位置信息，a為復(fù)雜場(chǎng)景中對(duì)個(gè)體的吸引源個(gè)數(shù)，b 為復(fù)雜場(chǎng)景中對(duì)個(gè)體的排斥源個(gè)數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述人 群仿真單元包括： 個(gè)體實(shí)時(shí)速度計(jì)算模塊，用于根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力計(jì)算在人群仿真過(guò) 程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度； 個(gè)體實(shí)時(shí)速度修正模塊，用于根據(jù)個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息，利用交通流模型基 于人群中所有個(gè)體的位置信息所表征的密度信息對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度大 小進(jìn)行實(shí)時(shí)修正并根據(jù)實(shí)時(shí)速度方向和修正后的實(shí)時(shí)速度大小得到在人群仿真過(guò)程中個(gè) 體的修正后的實(shí)時(shí)速度； 人群仿真模塊，用于根據(jù)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度，對(duì)個(gè)體在人群仿 真過(guò)程中的位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，從而實(shí)現(xiàn)人群仿真。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述個(gè) 體實(shí)時(shí)速度修正模塊對(duì)個(gè)體的實(shí)時(shí)速度大小進(jìn)行實(shí)時(shí)修正的公式為： 若個(gè)體周?chē)娜巳好芏冗m中，則在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度v(P)的計(jì) 算公式為：
公式中，在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的暢通實(shí)時(shí)速度，P為復(fù)雜場(chǎng)景中個(gè)體周?chē)?人群密度，Pm為復(fù)雜場(chǎng)景中人群的最大密度； 若個(gè)體周?chē)娜巳好芏雀?，則在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度V(P)的計(jì)算 公式為：
若個(gè)體周?chē)娜巳好芏鹊停瑒t在人群仿真過(guò)程中個(gè)體修正后的實(shí)時(shí)速度V(P)的計(jì)算 公式為：
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于復(fù)雜場(chǎng)景的層次式人群仿真方法及系統(tǒng)，該方法包括步驟：對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行區(qū)域劃分，得到復(fù)雜場(chǎng)景的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，計(jì)算包含復(fù)雜場(chǎng)景中場(chǎng)景入口、場(chǎng)景出口和特定感興趣區(qū)域的全局路徑；確定人群分組信息和人群中個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中的位置信息，在復(fù)雜場(chǎng)景中建立個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)，并根據(jù)個(gè)體的勢(shì)場(chǎng)計(jì)算個(gè)體在復(fù)雜場(chǎng)景中受到的作用力；計(jì)算在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度，利用交通流模型對(duì)在人群仿真過(guò)程中個(gè)體的實(shí)時(shí)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)人群仿真。本發(fā)明所述技術(shù)方案改善了勢(shì)場(chǎng)法人群仿真中的速度控制機(jī)制，解決速度變化不自然的問(wèn)題，使速度的變化更加符合人群運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿(mǎn)足了人群仿真的實(shí)際需求。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104732014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510088609
【發(fā)明人】邢薇薇, 張健, 盧葦, 劉渭濱
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月26日