开放性公共场所人员疏散行为倾向分析

开放性公共场所人群聚集风险突出,常规的疏散措施不能有效缓解场所内外的人群聚集风险态势,需要掌握突发情况人员疏散行为特征。选择深圳东门步行街为研究区,开展人员疏散行为问卷调查,根据人群聚集状态拟定人员疏导服从性、聚集拥堵应对和应急疏散响应3类疏散行为倾向场景,并采用SPSS 25.0卡方检验分析性别、年龄段、群组等基本特征与人员疏散行为倾向之间的相关性。研究结果表明:步行街存在老幼群体、携带包裹、环境熟悉度低等影响疏散效率的因素;小部分人在面对疏导、遭遇聚集拥堵情形后可能采取继续停留拍照、长时间等候、围观等聚集行为,以及在被疏散至安全地带后围观甚至返回,这些行为可能导致场所内部聚集得不到有效缓解,并在外围形成新的人群聚集风险点;“男性、大群组、短期游客”三类群体的疏散行为表现不佳,聚集围观、停留以及返回的比例更高,尤其是同行人数4人及以上的大群组更可能采取往前挤这种危害行为。

行人运动建模研究综述

行人运动建模是近年来虚拟现实领域的热门研究方向,在游戏娱乐、公共安全以及智慧交通等领域有着重要的应用价值.文中按照规则驱动-数据驱动和宏观-微观2个维度将现有的行人运动建模方法划分为4大类.首先简述各类方法的典型模型,重点介绍各类方法的最新研究进展,分析了各类方法的特点;其次介绍行人运动建模工作中常用的数据集和评价指标,并从碰撞避免、运动多样性、场景迁移能力以及仿真精度等角度对各类方法进行评价;最后分析在数字孪生、元宇宙等新技术兴起背景下行人运动建模方法面临的挑战,指出该领域未来发展方向.

一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画方法

实时服装动画生成技术能够为三维虚拟角色实时地生成逼真的服装动态效果,在游戏娱乐、虚拟服装设计展示等领域有着广泛的应用前景.其难点在于如何建立服装动画计算模型,在实时计算的前提下获得最佳的服装动画生成效果.在对服装模型与人体模型在运动过程中发生的位置冲突(collision,也称碰撞)进行分析的基础上,研究并提出了一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画计算模型.首先,根据服装动画样本数据中服装与人体发生位置冲突的信息,对服装与人体的运动相关性进行分析;在此基础上,提出并实现一种新的混合策略,将具有较好服装动态模拟效果的动力学计算模型与具有较高计算效率的几何变形方法进行混合,建立支持实时计算且效率可动态控制的服装动画计算模型.实验结果表明,该计算模型能够实时地生成具有较好视觉逼真性的服装动画.

三维服装仿真中的“服装-人体”快速冲突检测及响应算法

三维服装仿真可以为三维人体动画生成逼真的服装动态效果,但其中的冲突检测与仿真计算的时间复杂度太高,其实用性一直受到很大限制·提出了一种快速的“服装-人体”冲突检测及响应算法,在人体运动状态下,快速检测服装与人体之间的位置冲突,其时间复杂度仅为O(n)(n为服装模型上的顶点数目)·在此基础上,提出一种合理有效的冲突响应机制,并实现快速稳定的三维服装仿真,取得了真实的仿真结果·

个性化三维人体模型快速建模方法

采用模型重用的思想,通过输入21个人体测量学参数对标准人体模型进行编辑,实时获得相应体型的个性化三维人体模型.该方法使得编辑过程能够实时完成;生成的人体模型可以方便地驱动;精选的21个人体测量学参数覆盖了人体各处的细节,能够比较完整地描述人体的外形特征,满足对人体模型个性化的需求.

复杂路网内大规模车辆运动的仿真

为仿真现实生活中由纵横交错的道路路网、大规模的车辆及其运动组成的交通场景,文中提出一种复杂路网内大规模车辆运动的仿真技术.首先设计一种层次路网语义模型,根据输入的路网车道线矢量数据,通过语义建模,从几何、拓扑等不同层次描述错综复杂的交通路网.其次,由于现有的车辆运动仿真方法中基于个体的微观方法针对大规模车辆运动计算效率较低,而基于流的宏观方法无法仿真复杂的交通现象,提出了一组新的宏观流方程来描述路网内车辆的运动,使得宏观流模型能够与车辆换道行为模型有机地进行结合,从而逼真地描述各种复杂的交通现象.实验结果表明,文中方法在实现复杂路网内车辆运动高细节模拟的前提下,其计算效率与一般宏观流模型保持在同一数量级.通过在实际应用中对真实交通路网进行虚拟现实建模,并在其上进行大规模车辆运动仿真,进一步验证了方法的有效性.

布料运动模型参数学习方法

为了在布料运动仿真中通过调整其中的模型参数表现不同材质布料的运动差异,提出一种基于实例的布料运动模型参数学习方法.该方法利用运动捕获设备获取布料样本的运动实例数据;通过仿真数据与实例数据对比,利用遗传算法逐步进化、学习得到布料运动模型的全部参数.采用文中方法对6种不同材质布料的运动模型参数进行学习,并利用学习结果合成相应的布料运动模拟数据.实验结果表明,每段布料运动模拟数据(时间长度为5 s)与实例数据间的相对位置误差小于6%;在相同外力驱动下,不同材质布料的运动模拟结果能够较好地反映不同材质布料的运动特性.

应急撤离场景中群体信息交流行为建模

提出了一种应急撤离场景中群体信息交流行为的建模方法,从动态环境中信息交流的内容、特点、方式等角度,对应急撤离中的信息交流行为进行描述;并通过代价评估、路径规划等,建立已知信息对撤离决策的影响模型;结合已有的群体运动模型,实现了应急撤离行为的建模与仿真。可以较好地描述群体之间信息交流,并基于信息进行行为决策,模拟实现逼真的撤离行为,仿真结果与真人实验有较高的吻合度。

人群疏散虚拟现实模拟系统——Guarder

人群疏散的虚拟现实模拟就是利用虚拟现实技术,在计算机生成空间中建立公共设施和人群的三维模型,设定各种可能发生的安全危机和相应的疏散预案,模拟并三维地展示人群疏散场景;通过对模拟结果进行统计分析,可以验证人群疏散应急预案的合理性和有效性.介绍了人群疏散模拟虚拟现实系统Guarder设计的核心思想,提出了技术框架,详细阐述了其中的复杂环境语义表示、群体运动仿真等关键技术,并给出了应用实例,最后列举了几个前沿研究问题.

一种姿态无关的人体模型骨骼提取方法

随着三维扫描技术的逐渐成熟,三维人体扫描模型的骨骼提取逐渐成为虚拟人建模研究领域的热点之一.现有的三维人体模型骨骼提取方法,存在手工标注任务繁重、对模型姿态过于敏感、计算结果不准确等问题.提出了一种新的三维人体模型的骨骼提取算法:首先,根据Morse原理,将测地距离作为Morse函数的要素,实现姿态无关的人体模型特征点以及拓扑结构的提取;其次,将测地距离等值面作为基础数据,采用截面似圆性判别准则提取模型关节中心所在等值面,从而获得关节中心的准确结果.实验结果表明,与已有算法相比,该方法具有模型姿态无关、计算结果准确等特性,并且能够完全自动地提取三维人体扫描模型的骨骼.

布料动画方法研究进展及问题

布料动画技术是计算机动画领域的热点研究方向,可以广泛应用于数字娱乐、三维游戏以及服装工业等多个领域.布料动画技术最为核心的研究问题是布料动画方法,其旨在构建动画模型,驱动布料产生形变,继而生成连续动画.好的布料动画方法是保证富有动感、且视觉逼真的布料动画生成的根本因素.近年,由于实际应用对布料动画模拟逼真性与实时性等需求的迫切增长,许多新技术和新方法应运而生.文中重点围绕布料动画方法的研究进展进行介绍.首先在对国内外研究工作进行全面分析与总结的基础上,根据生成布料动画所采用的技术不同,将其分为几何法、物理法、混合法、自适应网格法、约束动力学法、实例数据法、并行计算法等7大类,详细阐述每一类方法的原理及特点,并重点介绍每类方法近期出现的新工作;其次,对各类方法的优缺点及产业影响进行对照分析;最后,结合实际应用需求,针对目前工作中存在的不足,提出一些可继续深入研究的问题,并指出布料动画技术研究与应用的前景方向.

等值线自动建立拓扑关系算法与快速填充应用

通过构建“拓扑包含二叉树”,找到了一种自动建立等值线拓扑关系的新方法 ,并且提出了一种基于拓扑关系的等值线图快速填充算法 ,从而很好地解决了在任意比例尺、任意高程间隔、任意边界情况下 ,实现等值线矢量快速填充应用效果的难题 .该方法已在海底地形可视化与自动成图技术研究中实现了成功地应用 ,并取得了良好的效果 .

群组动画中的队形约束与控制方法

针对影视制作中对大规模虚拟群体运动控制的需求,提出一种基于队形约束的群体运动编辑与控制方法.首先利用贪心算法构建从初始队形到目标队形中个体位置的配对关系;然后对其进行优化,在保持个体相对位置的同时尽可能减少路线交叉;最后通过匹配虚拟角色的运动来合成流畅、逼真的群组动画.采用文中方法用户只需输入群体规模以及群体队形轮廓,即可实现对群体运动的编辑与控制.实验结果表明,该方法能够对不同规模、不同队形间的群体运动实现有效控制,从而提高群组动画制作的效率.

一种基于采样点的大规模群体实时三维可视化方法

大规模群体的三维可视化是虚拟现实领域的研究热点之一.目前,由于驱动方法与渲染效率的问题,在虚拟空间中创建的大规模虚拟群体很难同时满足驱动与渲染过程的逼真与实时.该问题对于群体规模庞大,个体外形、动作具有一定程度个性化,需要进行独立运动控制的场景尤为明显.针对这一问题,提出了一个高效的大规模虚拟群体三维可视化方法:首先,通过使用模板派生技术从少量模板模型派生出大量外观各异的个体模型;其次,使用运动数据个性化变形技术实现了运动数据的重用;最后,使用基于采样点的渲染技术实现了大规模数据的实时显示.在上述工作基础上,研究并开发了一套大规模虚拟群体的三维可视化系统,能够方便的在普通PC机上实时、逼真的展示大规模的运动虚拟群体,并实现了60000群众紧急疏散过程的实时三维可视化.

三维汽车群组动画仿真研究综述

近年来,随着虚拟现实技术的不断发展,三维汽车群组动画仿真已经成为计算机图形学领域的热点研究方向.文中对三维汽车群组动画仿真涉及的技术进行综述.首先对作为汽车运动发生载体的交通路网建模技术做了全面的分析和总结;其次根据汽车运动建模方法所采用的技术不同,将现有方法分为一维跟车方法、流体方法、介观方法、混合方法、路径规划方法、个体规则方法以及数据驱动方法七大类,并详细阐述了每一类的原理、特点以及优缺点对比;最后结合需求总结现有工作中存在的不足,提出了一些可以继续深入研究的问题.

一种用于群体模拟的分层次避障法

个体避障是实现基于主体的(agent-based)群体模拟中一个很重要的问题,为了实现个体间以及个体和环境间的碰撞避免并杜绝穿透,人们提出了大量避障方法.但是,这些方法面临的挑战在于:如何杜绝穿透现象并最大程度地减少由于避障需求而带来的个体行为模拟上的空间限制和失真.针对这一问题,提出了一种分层次避障方法,从静态避障、动态避障、穿透矫正3个不同的层次对避障进行处理.静态避障层和动态避障层通过对物体的划分和分别避障,极大地减少了各层次避障时需要考虑的各种复杂情形;而基于可变包围盒和原位置的穿透矫正层则有效地杜绝了模拟中出现的穿透现象,也消除了现有模拟中由于避免穿透而引入的空间限制和失真.

服装动画中人体运动与服装变形的相关性学习

针对服装动画中人体运动与服装变形的关系,首先对服装动画中人体运动特征和服装变形特征进行定义和提取;其次建立多套服装在多种人体运动下的高精度服装动画实例数据,并基于4种机器学习模型从实例中学习二者之间的关系.对不同学习模型进行实验的结果表明,由于服装动画中人体运动与服装变形之间存在较强的相关性,因此利用人体运动可以较为准确地预测服装的变形分布;相比BP神经网络,广义回归神经网络和支持向量机等方法,随机森林模型可以更有效地获取人体运动与服装变形的关系,最终误差可控制在理想范围内.

三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究

在虚拟人合成研究领域,皮肤变形一直是一个重要和活跃的研究方向.首先概略介绍三维人体几何表示方法以及皮肤的表示和几何建模方法,然后针对目前存在的皮肤变形方法,提出了两重分类方法.首先按照三维人体几何表示方法将皮肤变形分成两大类:表面模型皮肤变形和多层模型皮肤变形,然后按照皮肤变形机制把表面模型皮肤变形方法分成4个子类.详细介绍了每类方法的原理和优缺点,最后指出了皮肤变形目前存在的问题并展望了未来的发展方向.

一种有效的隐式约束动力学布料动画方法

布料动画中,通常采用施加约束的方式限制布料的过度拉伸.已有的研究工作没有充分考虑拉伸约束与弯曲形变之间的关系,构造的动画模型并不完善,无法模拟布料无拉伸而多褶皱的"刚柔"相混的复杂变形效果.针对此问题,提出一种基于隐式约束力的布料动画方法.首先,建立有效的布料弯曲受力模型,并提出一种动态适应性约束方法,能够同时处理布料运动过程中结构和剪切2种不同类型的拉伸,避免单一结构拉伸约束导致的"过剪切"变形或者过约束导致的"刚性"失真效果;建立碰撞约束,避免局部调整穿透质点引起的过度拉伸问题.其次,将各种约束以隐式约束力的形式增加到动力学系统中,采用约束型迭代精化的方法进行求解.实验结果表明,该方法稳定有效,能够在保持布料弯曲形变的前提下,将拉伸控制在合理范围内,真实地刻画布料"易弯抗拉"的变形特征,实现逼真的布料变形动画模拟.

基于实例数据分析的多精度网格布料动画

在布料动画领域,细节变形褶皱的快速逼真模拟是一个具有挑战性的问题.多精度网格布料动画技术,在不同变形区域采用不同密度的网格,由此保证布料运动的丰富细节和更高的动画合成效率.已有的研究工作,主要针对多精度网格布料动画的可计算问题,即在动画过程中动态获取顶点或面片曲率,依据手工设定的阈值进行动态迭代精化,而对于有效性问题,即如何预测布料运动趋势并据此合理修改网格精度,未深入研究.针对该问题,在对布料运动过程中弯曲变形特征进行分析的基础上,提出一种基于实例数据分析的多精度网格布料动画方法.首先,选取一段持续的高精度布料动画作为实例数据,分析并提取弯曲变形模式;其次,以弯曲变形模式作为启发信息,结合有效的精化策略以及精化原则,对相应低精度布料模型进行逐层精化,从而构建多精度网格布料几何模型;最后,建立多精度网格各层质点的受力关系,并通过增加边界约束和质量约束,构建可适用于多精度网格的布料动画模型.实验结果显示,文中预构建的多精度网格模型可用于同类相似运动驱动下的布料动画计算,能够在保持较多细节变形的前提下,有效提高计算效率.