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《天津大学》 2012年
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虚拟人群行为建模及仿真技术研究

孙立博  
【摘要】:虚拟人群行为建模及仿真技术在虚拟空间中对人类的感知、规划、行为和认知方式进行模拟,旨在更真实地反映人群的各种特性。现有的方法大多数集中在对人群运动的模拟上,整体上能够保证人与人之间,人与障碍物之间不发生碰撞,但是没有体现出个体的差异性和群体的同一性、社会性和智能性。针对上述不足,本文从两个方面研究虚拟人群行为建模方法,基于agent的行为控制模型对不同密度下人群感知、规划、行为进行建模;基于智能事件的行为模型将行为建模到智能事件中,并在此基础上,构建了双人交谈行为可计算框架。 本文首先对虚拟人群的感知模型进行研究。考虑到在不同人群密度下,感知系统感知物体大小、多少、范围都不相同的事实,建立了分层次的虚拟人群感知模型。该模型能够对人类的视觉、听觉、触觉、记忆等功能进行模拟,并且能够体现出在不同人群密度下人类感知结果的不同,达到了更加真实地反映人类感知特点的目的。 其次,根据观察到的现实生活中人类路径规划的特点,本文将全局规划算法与局部避碰算法相结合,考虑了人群密度、个人空间、agent的个性化特征、agent在避碰过程中充当的角色等因素对局部避碰行为的影响,并且在此基础上,还对人群密度较高时可能发生的侧身避碰行为进行模拟,使得本文提出的虚拟人群路径规划模型能够展现出更贴近现实生活的各种有趣的群体避碰行为。 再次,为更好地体现个体行为的多样性和群体行为的社会性、同一性,本文提出了分层次的虚拟人群行为模型。该模型在人群密度较低时,侧重于构建个性化的agent,即考虑个体的性格、情感和情绪因素对行为选择的影响;而在人群密度较高时,侧重于体现群体的社会性和相互作用性,即考虑实现群聚行为和情感共鸣,从而更加真实地模拟人群行为。 此外,为降低计算复杂性并保证行为的真实性,本文从另一方面研究并实现了智能事件和主导角色框架。智能事件负责告知每个agent可选择的动作行为集合,而agent可根据自己的主导特征属性,从可能的行为集合中选出一种最适合的行为加以执行,并反过来影响智能事件的演化。该方法能够减轻每个个体自身进行智能推理和决策的负担,大大提高虚拟人群仿真速度。 最后,本文以智能事件为基础,对双人之间的交谈行为进行研究,详细探讨了交谈行为发生的主要情境模式,谈话本身的分类准则,谈话智能事件的触发、初始化方法以及如何产生更真实的并且富有变化的谈话行为。该双人交谈行为模型的引入不仅能够增强虚拟环境的真实性,更好地体现人类的社会性,而且进一步完善了虚拟人群行为模型,使用户获得更加逼真的体验。
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