群组仿真驱动的疫情传播风险推演方法——以新冠疫情防控为例

突发公共卫生事件下,疫情传播风险可以理解为人群流动过程中人员与人员之间直接/间接接触引起的关联人员之间的疫情传播风险.针对现有基于人群流动的疫情传播风险推演方法简化了人员内部流动对疫情扩散的影响,难以直接用于城市精细化管控方案制定的问题,提出一种群组仿真驱动的疫情传播风险推演方法.首先将人群流动造成的疫情传播风险抽象为人群流动和飞沫扩散运动综合作用造成的疫情传播风险;然后采用融合人群运动建模、车流运动建模的群组仿真方法以及飞沫扩散行为建模方法,实现疫情传播风险的仿真推演;最后采用分层级可视化方法对地理环境、飞沫传播、个体人群流动以及疫情传播风险态势等进行三维可视呈现及交互式管控推演.园区级单位版和城市级政府版的新冠疫情防控平台应用实例结果表明,所提方法可以为决策者制定精细化管控方案提供科学指导.

面向WebVR会议的大规模人群在线可视化的关键技术

大型移动WebVR会议面临诸如数据体量太大、网络传输异常卡顿、网页端渲染帧率低、视觉效果差等技术瓶颈.针对这些挑战,给出了一些系列关键技术,首先,提出了一种基于分散度的大规模人群轻量级动态建模方法,在保证轻量性与真实性的前提下,丰富了人群的多样性;其次,设计了动态参会人群情景的细粒度化传输调度算法,显著提升了动态情景的网络加载响应速度;最后,设计了基于WebGPU的大型参会情景的轻量级在线渲染方法,在移动网页端实现了动态人群的单DrawCall多样化渲染.在移动互联网上的各项实测技术指标表明,该解决方案在轻量性、真实性、多样性、规模性和效率效果等方面具有显著优势.

团体操虚拟编排和演练原型系统

采用有指导的虚拟人群仿真技术 ,对团体操编排和演练进行计算机仿真 ,设计并实现了一个团体操编排和演练原型系统 ,该系统由团体操队形及图案设计子系统和团体操虚拟排练子系统构成 给出了系统结构与功能 ,并介绍了系统实现的路径规划、避碰和实时绘制等关键技术 实验结果表明 ,该系统能够为团体操创编人员改进队形与图案变化的设计质量和提高设计效率提供方便 。

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.

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.

基于Voronoi图的实时人群路径规划

为了实现在人群路径规划中避碰操作,作者提出了一种基于GPU高效计算特性的实时离散Voronoi图计算方法,并建立了一种基于Voronoi图的人群路径规划方案.利用Voronoi图对平面按照欧式距离进行划分的特性,并通过将每个虚拟人的Voronoi区域作为其活动范围,使每个虚拟人都限制在自己的区域内活动,从而在人群路径规划中避免了为虚拟人进行碰撞检测的复杂操作.

大型广场文艺表演的虚拟编排原型系统

大型广场文艺表演的技术进步和规模扩大使传统人工编排手段难以满足需要。为了降低设计风险和检验构思,提出了大型广场文艺表演中演员行为的人群运动模型,并开发了大型广场文艺表演虚拟编排原型系统,使导演能够在一个虚拟现实环境创作表演内容和预演表演过程。该原型系统包含二维智能编排系统和三维表演仿真工具两部分。二维智能编排系统用于虚拟编排表演内容,并生成虚拟编排脚本。三维表演仿真工具用于按照虚拟编排脚本产生仿真表演的三维动态场景。几何体实例化被用于提高渲染大规模人群的效率。这个原型系统在实践中证明了可用性。

紧急状态下虚拟人群行为仿真

针对公共场所发生火灾等事故时人群密集的特点,研究了紧急状态下人群行为的仿真。分析了紧急状态下人群的行为特点,定义了逃跑、跟随和拥挤行为;采用虚拟视觉和九宫避碰策略,实现了虚拟人行为的自治控制方式。针对紧急状态下人群逃生时个体行为之间的差异性,依据个体与个体之间的作用力、摩擦力动态改变个体的行进方向和依据人群密度采用人群疏散速度模型实时确定每个个体的运动速度,解决了个体之间的动态避碰、绕行和超越等问题。经实验验证,文中的人群行为仿真技术能达到较好的效果。

基于真实场景的大规模虚拟人群的快速生成方法

利用Poser的三维人体建模功能和3DS MAX强大的修改功能,结合MAXScript脚本语言,实现了对三维人体模型骨架的自动生成、匹配和蒙皮。通过对人物动作的建立与分解,实现了连续多个人体三维模型的生成与导出,并由此建立了一个包含不同人体及动作姿态的角色库。通过调用库中的角色,并将由图像信息获得的人群分布参数赋予这些虚拟个体人,实现了基于真实场景的虚拟人群快速生成。

面向艺术与设计的虚拟人技术研究

虚拟人 (VirtualHuman)是人类各种特性 (几何、行为、感知、情感、生理、心理、社会性等 )在虚拟空间中的数字化表示 ,是高度真实的人类特性的数字化再现 文中首先介绍面向艺术与设计的虚拟人技术的应用领域和研究维度 ,然后详细介绍其中的主要研究内容 ,包括 :虚拟人体建模、运动控制技术、虚拟人群仿真、虚拟感知与情感计算 ,最后指出 ,在面向艺术与设计的虚拟人技术研究中 。

基于智能虚拟环境的地铁站台仿真系统

实现了一个用于列车驾驶培训的地铁站台仿真系统。系统由一个可被感知的站台虚拟环境和虚拟乘客系统组成。站台环境由静态场景、动态场景两部分组成,可在用户控制下发生变化。虚拟乘客通过感知站台环境的变化做出行为判断与动作。乘客仿真模型采用分层结构,分别实现环境感知、决策、行为选择、动作实现与实时绘制。目前,该系统已用于地铁列车仿真器,成为培训司机站台操作的工具。

基于复合虚拟力场的大规模人群行为模拟

以类鸟群(Boids)系统为基础,提出了一种基于复合虚拟力场(Composite Virtual Force Field)的大规模人群行为模型。该模型将类鸟群系统中三个基本规则的作用抽象成类似于物理学中的三种矢量力,同时为了表现出个体之间的远近关系,我们又加入群体力的作用,从而实现了在虚拟环境中大规模人群行为的仿真。实验结果表明,在复合虚拟力场控制下的群体行为模型能够逼真合理的模拟出现实中大规模人群的多种行为。

动漫游戏中虚拟角色的一种群体对抗仿真模型

计算机在社会科学的研究中正扮演着重要的角色,建立人类群体的行为模型是一个令人感兴趣的话题。采用动漫游戏,探索了一种面向有限空间中人类对抗行为的仿真方法。首先,建立了一个三维虚拟场景和虚拟角色,虚拟角色包含生理参数、心理参数和社会参数。其次,提出了一种情绪决策模型,主要考虑了恐惧和愤怒两种情绪,给出了情绪影响公式。最后,实现了一个三维对抗行为演示原型,通过改变对抗群体的参数,初步发现了一些对抗规律。

面向战略决策的大规模群体行为视景仿真研究

根据面向战略决策的大规模群体行为视景仿真具有"海量"运算和图形渲染处理的特点,构建了该类型仿真的总计技术方案并详细论述了三维虚拟人的制作与其动作行为的生成过程.在此基础上给出了如何应用Geofusion平台在描绘群体行为的整体效果和如何用OpenGVS平台来渲染出逼真的三维视景.这样不仅可以使战略决策人员能更清楚地了解战争行动可能会给社会群体带来什么样的影响,而且可以掌握其影响的程度,这将对提高战略决策的合理性与准确性具有重要的现实意义.

群体行为建模理论基础与建模方法研究

群体行为建模与仿真是虚拟现实技术的重要研究方向,是战争模拟、虚拟社会等领域研究的热点问题。从学科交叉点的全新角度来学习和研究群体行为建模,总结和分析了社会学、心理学、生物学、物理学以及新兴复杂系统理论中的群体行为理论,并以这些理论为基础归纳了虚拟现实领域中群体行为的建模方法,从而勾画出了群体行为建模技术的整体轮廓,最后指出了群体行为建模面临的技术难点和可能的解决思路。

大规模虚拟民众群体行为仿真概念建模研究

针对现实社会中大规模社会民众群体所具有的复杂性特征,将复杂网络最新研究成果与基于Agent的成熟建模理念相结合,提出了一个虚拟战争空间中大规模社会群体行为建模的概念建模框架,该框架由三部分组成:Agent、关系网络、智能环境(Agent Relation Environment,ARE),给出了该框架所涉及的一系列概念的定义,对框架的内容和特点进行了较为详细的阐释和探讨。

人群仿真在体育馆疏散设计中的应用

体育馆是举办大型室内体育比赛及其他公共活动的人群密集场所,疏散设计对于保证大量使用者人身安全至关重要。从仿真方法和技术两方面阐释虚拟人群仿真对建筑安全疏散性能评估的作用。利用Simulex对某中型体育馆人群疏散进行案例仿真,直观揭示疏散路径中存在的问题,并提出了行之有效的优化疏散路径、改善疏散性能的设计建议。

虚拟社会中大规模民众群体行为建模研究

战争会影响民众的日常生活,大规模社会民众的群体行为也影响着战争的进程。虚拟战争空间社会子系统中,建立社会民众的大规模群体行为仿真模型对进行战争实验研究有重要意义。分析和总结了虚拟战争空间社会子系统中群体行为仿真模型的特点和建模实践过程中的关键问题,给出了相应的解决方案,提出了智能环境模型、给出了战争危机条件下的群体决策规则,并提出了一个通过建立四维行为库进行行为存储和搜索的行为管理思想,为虚拟社会大规模群体行为的建模与仿真研究提供了思路,对不同类型的群体行为建模有重要的借鉴意义。

基于样本的大规模人群快速创作

人群作为虚拟环境中必不可少的一部分,能够极大地提高场景的真实感.文中提出一种基于样本的大规模人群快速创作方法,将人视为具有分布和角色信息的粒子,通过从真实图片中获取包含小规模人群粒子信息的样本,由样本建立Wang Tile集合,使用Wang Tile非周期性拼接覆盖场景区域,从而快速生成任意规模人群.文中的创作方法简单快速,用户只需输入若干样本和场景区域.同时,用户可以通过调整Tile的边颜色快速地进行局部人群修改,也可以使用密度图得到用户需要的效果.实验给出了3个场景的人群创作效果,表明文中的方法可以十分迅速地生成大规模具有真实分布信息的多样人群.

一种基于心理学模型的人群踩踏情景仿真方法

随着中国城镇化进程的推进,举办大型文化活动的数量迅速增加,规模日益增大。此类人员密集场所会大大增加人群拥挤踩踏的风险。但是,目前关于人群踩踏的仿真研究比较少见。为了推演人群的踩踏情景,提出了一种基于心理学原理的人群踩踏仿真模型。该模型考虑了密集踩踏人群中的情绪感染因素,能够模拟人群的踩踏过程,给出了人群踩踏的判决条件。仿真实验以在公园游览的人群为研究对象,对人群的踩踏现象进行了三维情景仿真演示。研究成果有助于管理部门分析如何对密集人群进行管理和部署,为进一步深入研究人群踩踏预案提供了一种新视角。