車站環(huán)境下旅客行為仿真平臺的開發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、在人群聚集的場所，若沒有預(yù)先作好疏散方案，一旦有安全事故或突發(fā)緊急事件發(fā)生，人群就容易產(chǎn)生混亂、擁擠，引起巨大的人員傷亡。因此，對人群的行為與疏散的研究具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價值。但是用真人來進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究幾乎不可能。人的行為受外界和心理諸多因素的影響，不可能把人置于真正事故現(xiàn)象的混亂之中。因此，用計算機(jī)來模擬人群行為的技術(shù)——虛擬人群仿真成為國際上安全研究的一個重要手段。 國內(nèi)外對人群疏散的仿真研究工作大部分都是基于二維

2、平面，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于人群仿真的研究還較少，尤其是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域。在進(jìn)行三維人群仿真時，除了二維通常面臨的人群規(guī)律、路徑規(guī)劃、碰撞檢測以及繞障算法而外，還面臨著人的動畫實(shí)現(xiàn)、動作的連貫性、繪制模型的速度等技術(shù)難點(diǎn)。模擬人的群體行為是非常復(fù)雜的，因?yàn)槿说男袨椴粌H受數(shù)學(xué)計算上的影響，還要受心理方面的影響。論文在簡化了人的細(xì)節(jié)表現(xiàn)如人與人之間的對話與眼神交流等的基礎(chǔ)上，著重對人的選擇路線進(jìn)行研究。研究工作主要從以下幾個方面進(jìn)行： 1

3、.研究了虛擬人群仿真的關(guān)鍵技術(shù)，包括虛擬人群可視化、行為建模、虛擬人群行為仿真。對影響人群行為的相關(guān)因素進(jìn)行了分析與研究。影響人群行為的相關(guān)因素涉及到了心理因素、個人在群中的規(guī)律、速度、空間要求、建筑物出口的通行能力等。 2.研究了虛擬人的路徑和避碰算法。根據(jù)車站場景中人的動態(tài)特性，將每一個人的行為設(shè)計成“探測——感知——決策——行動”的一系列動作，從而實(shí)現(xiàn)全局規(guī)劃與局部規(guī)劃相結(jié)合的路徑規(guī)劃方法。人在行進(jìn)過程中的干涉檢測采用單步

4、檢測方法。根據(jù)環(huán)境的特征和人群的動態(tài)檢測性給出了相關(guān)約定，將避碰算法分成，與靜態(tài)障礙物的避碰以及與動態(tài)障礙物之間的避碰兩個方面。最后建立人群在車站環(huán)境下的流動模型，設(shè)計出了適合車站環(huán)境下人與動靜障礙物之間相應(yīng)的避碰算法。 3.采用關(guān)鍵幀技術(shù)實(shí)現(xiàn)人的動作變化，結(jié)合正運(yùn)動學(xué)方法實(shí)時計算出速度、方向、位置，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人群運(yùn)動中的過程動畫。利用靜態(tài)層次細(xì)節(jié)技術(shù)，為虛擬人模型建立3級不同精細(xì)程度的靜態(tài)模型。設(shè)計出可見性判斷算法，結(jié)合紋理技

5、術(shù)、LOD技術(shù)等手段對場景繪制數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化。 4.開發(fā)出了模擬車站人流情況、可對場景進(jìn)行交互操作的仿真平臺。對車站特征及旅客路徑情況進(jìn)行分析，確定了避碰策略。給出了人與人之間避碰算法的程序流程圖和控制虛擬人的主要程序流程圖。設(shè)計出了軟件平臺的用戶界面。 5.結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對一個地鐵車站人群的三維仿真。平臺能對車站一般情況和幾種特殊情況下400-600位旅客的行為進(jìn)行模擬。特殊情況下的其它類型可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步進(jìn)