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基于博弈论的群体冲突与疏散行为仿真研究

基于博弈论的群体冲突与疏散行为仿真研究

作者：杨浩哲郑州大学

学位级别：硕士

随着社会的飞速发展以及城镇化的不断推进,社会活动急剧增多,室内人员数量不断增加,人员结构也愈发复杂,各类突发事件层出不穷,给社会带来了巨大的损失。因此,研究突发事件下群体应急疏散行为特征和运动规律,提高人群管控的安全性与效率... 详细信息

随着社会的飞速发展以及城镇化的不断推进,社会活动急剧增多,室内人员数量不断增加,人员结构也愈发复杂,各类突发事件层出不穷,给社会带来了巨大的损失。因此,研究突发事件下群体应急疏散行为特征和运动规律,提高人群管控的安全性与效率,是当今社会亟待解决的难题。近年有许多学者致力于行人疏散研究,但大部分都是基于全局的视野出发,假设行人对于环境信息充分了解或者对于视野有唯一的限制,且行人的运动是自身和周边多种环境因素共同作用的结果,行人行为十分复杂,目前仍有许多问题尚待解决。针对上述问题,在元胞自动机模型的基础上,针对行人疏散过程中的出口选择(战术层决策行为)和位置冲突(操作层决策行为)等决策行为,应用博弈论方法,通过MATLAB构建群体疏散计算机仿真模型,建立典型复杂疏散场景,分析不同决策行为影响下行人疏散的效率,并结合Unity平台对行人疏散过程进行仿真。研究成果为复杂布局下密集人群的疏散管理提供理论参考和决策支持。主要工作如下:(1)在行人出口选择方面,对影响行人疏散动力学的关键因素进行系统分析,包括行人的视野半径、选择坚定性、房间的初始人群分布、出口布局以及出口宽度,其中选择坚定性表示行人对最初选择出口的坚定程度。研究发现,选择坚定性水平低可能会导致行人出现不自然的运动行为,例如徘徊,这会对疏散产生不利的影响。行人的视线半径越长,行人就能越早确定其最终选择的出口,出口的疏散效率越高。与随机分布相比,行人聚集在房间的一角容易导致人群局部密度高和出口使用不均衡,不利于疏散。此外,出口布局和出口宽度对行人疏散过程也会产生一定影响。(2)在行人位置冲突方面,考虑行人疏散过程中面对冲突的不同态度,在模型中设置两种采取不同策略的行人(合作者和背叛者),并引入惩罚因子和惯性指数,来描述背叛者争抢元胞时竞争激烈的程度和行人保持原策略的能力。行人会在每个更新周期根据费米函数来更新策略,系统通过支付矩阵来确定获胜者。同时分析策略更新周期、惯性系数、惩罚因子对疏散过程的影响。研究发现,当行人在竞争中失败时会倾向于选择背叛策略,背叛者相对于合作者能更快撤离出房间,但是背叛者越多疏散效率越低。当惯性很大时,行人的策略更新会受到冻结。当策略更新周期大时,合作者与背叛者的比例会出现长时间的震荡。策略更新周期、惩罚因子、惯性系数较大时,都会抑制行人策略向背叛者的更新。(3)以体育馆和大船船舱房间为仿真案例,分别构建两种典型疏散场景,同时考虑出口选择与位置冲突博弈决策行为,结合博弈论方法运用元胞自动机模型进行疏散仿真,并选取不同时刻下的疏散过程对行人疏散仿真效果进行对比评价。对疏散动力学过程进行讨论分析,为行人疏散管理提供有价值的策略建议。

关键词：博弈论出口选择位置冲突博弈行人疏散群体仿真

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群体仿真中基于决策树的路径自动评价研究

计算机工程与设计 2015年第2期36卷 464-468页

作者：张聪聪宋承祥丁艳辉山东师范大学信息科学与工程学院山东省分布式计算机软件新技术重点实验室山东济南250014 山东省教育厅山东济南250011

针对群体仿真中大量粒子的运动路径评价中存在评价速度慢、准确率低、缺乏依据特征等不足,提出基于决策树算法的路径自动评价模型。在群体粒子自动聚集过程中,通过分析,提取出影响其运动行为的属性,应用于决策树算法中进行路径好坏的判... 详细信息

针对群体仿真中大量粒子的运动路径评价中存在评价速度慢、准确率低、缺乏依据特征等不足,提出基于决策树算法的路径自动评价模型。在群体粒子自动聚集过程中,通过分析,提取出影响其运动行为的属性,应用于决策树算法中进行路径好坏的判断评价。仿真结果表明,该算法的评价模型能够有效地提高评价速度、建立评价依据并提高评价的准确率。

关键词：群体仿真群体智能路径自动评价模型决策树 ID3

群体仿真中聚集路径的生成和自动评价的方法研究

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群体仿真中聚集路径的生成和自动评价的方法研究

作者：张聪聪山东师范大学

学位级别：硕士

群体仿真是一项借助计算机对群体行为进行模拟研究的技术，它随着计算机图形学和虚拟现实的发展而逐渐发展起来，并在各个领域得到广泛的应用。特别是在城市规划、群体性突发事件的预判、大型动漫游戏的制作、消防安全、建筑设计、国防... 详细信息

群体仿真是一项借助计算机对群体行为进行模拟研究的技术，它随着计算机图形学和虚拟现实的发展而逐渐发展起来，并在各个领域得到广泛的应用。特别是在城市规划、群体性突发事件的预判、大型动漫游戏的制作、消防安全、建筑设计、国防安全等方面发挥了重要的作用。群体智能算法是人工智能的一个重要分支。它通过对生物群体行为的模拟，产生了一些处理复杂优化问题和其它一些实际应用难题的新思路和新方法。比如，受到鸟群觅食行为而成功设计的启发式算法有效的应用在组合优化、群体路径规划、资源调度、虚拟网络和通信等方面的实际问题。路径规划是群体仿真中最重要的研究之一。在自然界中有许多动物和昆虫虽然个体微不足道，但群体分工明确、秩序井然。群体智能算法就是一类模仿自然界群体智慧的算法。群体仿真和群体智能存在着天然的联系。在群体仿真中，如何通过群体智能算法进行群体路径的规划是当前研究的热点，它能为群体动画的创作提供素材和技术支持，也能为大型的疏散逃生仿真提供底层支撑。决策树算法是一种通过一系列的规则对数据进行分类评价的方法，也是一种机器学习的方法。通过它可以进行路径评价，提高分类的效率和准确率。本文所做的工作主要如下： (1)针对群体仿真中聚集场景的特点和现有方法的不足提出了基于改进微粒群算法的多种群划分的聚集路径规划方法。具体方法是：首先，针对聚集现象修改算法的参数;其次，提出一种基于微粒群算法的多种群划分策略;最后，对多目标点聚集可能出现的拥堵排队状况提出了一种动态调整的策略。避免了传统的多种群划分的依据单一、不明确的情况。这一改进有效的提高了群体仿真路径规划的效率，增强了群体仿真的逼真效果。 (2)针对群体仿真中大量粒子运动路径的评价中存在的评价速度慢、准确率低、缺乏依据特征等问题，提出了基于决策树算法的路径自动评价模型。在群体粒子的聚集过程中，通过分析提取影响其运动行为的属性，应用于决策树算法进行生成路径好坏的判断评价。这一模型有效改善了传统评价方法的缺陷，具有较高的实用性和有效性。 (3)结合具体科研项目，在VS2003平台上，基于ACIS、HOOPS环境下运用以上研究成果进行了仿真实验，验证了本文提出的基于微粒群算法的多种群划分的策略和动态调整策略的路径规划方法的可行性和有效性。在Matlab中比较了传统路径评价和其改进方法。实验表明本文提出的基于决策树算法的路径自动评价模型提高了评价的速度和准确率。

关键词：群体仿真微粒群算法多种群划分聚集路径决策树算法路径评价

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并行群体仿真研究进展

计算机应用研究 2013年第1期30卷 30-35页

作者：周文平唐好选季振洲哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院哈尔滨150001

通过对比分析基于多核CPU、GPU和分布式系统等三种并行群体仿真体系结构,提出了混合结构的并行群体仿真框架;对并行环境下的按空间区域分割和按agent分割等多种任务分割关键算法进行了归纳总结;对并行群体仿真的性能评估方法进行了分析... 详细信息

通过对比分析基于多核CPU、GPU和分布式系统等三种并行群体仿真体系结构,提出了混合结构的并行群体仿真框架;对并行环境下的按空间区域分割和按agent分割等多种任务分割关键算法进行了归纳总结;对并行群体仿真的性能评估方法进行了分析。最终给出了群体仿真中并行加速算法的研究方向。

关键词：群体仿真并行仿真 GPU 任务分割负载均衡

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可变形网格引导的群体队形仿真

中国图象图形学报 2017年第7期22卷 969-977页

作者：李祖宁何武四川师范大学可视化计算与虚拟现实四川省重点实验室成都610068 四川师范大学影视与传媒学院成都610068

目的许多群体运动仿真算法侧重于模拟由大量自由移动个体所组成的群体行为,而针对具有特定队形的群体运动仿真算法较少。为解决这一问题,采用改进的网格引导方法,利用可变形网格对群体运动进行控制。方法首先,对群体队形进行三角划分,... 详细信息

目的许多群体运动仿真算法侧重于模拟由大量自由移动个体所组成的群体行为,而针对具有特定队形的群体运动仿真算法较少。为解决这一问题,采用改进的网格引导方法,利用可变形网格对群体运动进行控制。方法首先,对群体队形进行三角划分,建立一个连接所有智能体的队形网格。然后,利用障碍势场法在群体运动的过程中对队形网格进行变形,使智能体在避免与障碍物发生穿透的同时尽可能保持整体队形稳定。最后,针对障碍物穿过队形网格时可能造成的局部智能体"错位现象",提出了基于吸引点的网格引导方法,使群体绕过障碍物后能迅速恢复原来队形。结果使用Unity软件对军队行进、动态车流、群体表演等场景中的智能体编队移动进行仿真,并设置了不同规模的群组交换实验进行对比。本文算法的实时计算花销主要集中在网格变形阶段:在队形网格顶点总数为1 000时,单位仿真步内网格变形阶段的平均运行时间为20.15 ms。队形网格划分阶段是一个预先进行的过程,不影响算法实时性。基于吸引点的网格引导方法提高了智能体的全局移动效率,使队形变化更加自然流畅。结论实验结果表明,可变形网格引导的群体队形仿真算法在群体运动过程中能有效维持队形稳定,无论障碍环境是静态的还是动态的都能实现良好的群体避障,说明算法的有效性。

关键词：群体仿真变形网格碰撞避免吸引点引导网格障碍势场

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一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法

计算机应用与软件 2019年第3期36卷 154-161,242页

作者：傅正扬姜忠鼎复旦大学上海市数据科学重点实验室上海201203 复旦大学软件学院上海201203

大规模群体仿真技术可以提高虚拟场景的临场感和趣味性,在游戏娱乐、演习训练、建筑设计等领域具有重要的应用价值。然而,常用于虚拟场景开发的游戏引擎难以实现大规模群体仿真。设计一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法,提升大规... 详细信息

大规模群体仿真技术可以提高虚拟场景的临场感和趣味性,在游戏娱乐、演习训练、建筑设计等领域具有重要的应用价值。然而,常用于虚拟场景开发的游戏引擎难以实现大规模群体仿真。设计一种基于多线程加速的大规模群体仿真方法,提升大规模群体仿真包含的群体动画渲染和群体行为模拟性能。针对大规模群体动画渲染,在GPU蒙皮渲染算法上加入群体动画状态的多线程计算,实现群体动画状态与蒙皮动画的加速计算;针对大规模群体行为模拟,将自主性群体行为算法修改为速度模型,与多线程优化后的最优互相碰撞避让算法结合,实现群体的避让行为,提升群体行为模拟效率。实验结果表明,该方法可以很好地与游戏引擎结合,实现复杂场景的大规模群体仿真,提升大规模群体场景帧率。

关键词：多线程群体仿真 GPU蒙皮渲染碰撞避让

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基于情绪传染模型的群体仿真技术研究

基于情绪传染模型的群体仿真技术研究

作者：王丽新哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着计算机虚拟现实技术、计算机图形学和人工智能技术的发展进步，群体仿真技术备受关注。群体仿真技术具有极大的学术研究价值和经济研究价值，其应用涉及很多领域。如在电影特效、动画游戏创作、安全仿真、建筑规划、军事训练系统及... 详细信息

随着计算机虚拟现实技术、计算机图形学和人工智能技术的发展进步，群体仿真技术备受关注。群体仿真技术具有极大的学术研究价值和经济研究价值，其应用涉及很多领域。如在电影特效、动画游戏创作、安全仿真、建筑规划、军事训练系统及某些重大事故现场的模拟等领域的应用。随着计算机硬件的运算能力的提高，群体仿真技术应用的领域越来越广泛。按对群体模拟的粒度可归纳为三种人群建模方法，其中基于智能体的建模方法在继承传统的人群建模技术基础上，又克服了其局限性，实现群体智能及交互作用。此模型不但考虑人群的理性智能，也加入感性智能，如个性、情绪等非理性因素。现有的群体仿真着重研究避碰和路径规划问题，为使群体仿真更加真实、可信，本文提出一种情绪传染模型来研究情绪传染对群体中各个智能体行为的影响。首先赋予每个智能体“人格”，使智能体成为群体中独一无二的个体，其决策和行为均受“人格”影响;通过智能体情感模型计算出智能体的情绪状态，然后根据情绪传染模型实现群体中的情绪互动。同时，由势能场法构建仿真环境场景的全局势能场实现智能体的路径规划。在特定应用场景中，智能体受目标驱动前往目标，提出基于势能场法的路径规划，通过分层构建势能场，求得智能体的寻路轨迹。为了验证所提模型的正确性和有效性，本文最后基于Unity3D引擎建立了一个群体仿真系统，对各种特定情境下的群体进行了仿真实验，基于目标驱动和事件触发机制实现路径规划，系统首先赋予每个智能体感性智能，然后通过情绪传染模型影响群体行为。实验结果表明，本文所提的模型可使智能体的决策更加接近现实人类，能够使得群体仿真更加逼真。

关键词：群体仿真情绪传染路径规划角色模型

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面向紧急疏散的群体仿真技术研究

面向紧急疏散的群体仿真技术研究

作者：侯易浙江大学

学位级别：硕士

随着三维动画技术的发展以及硬件运算能力的提高,计算机群体仿真技术得到了较快的发展,在虚拟现实仿真的应用领域特别是消防安全、城市规划、建筑设计等方面也发挥了巨大作用。近年来,关于公共安全群体仿真方面的研究主要集中在安全通... 详细信息

随着三维动画技术的发展以及硬件运算能力的提高,计算机群体仿真技术得到了较快的发展,在虚拟现实仿真的应用领域特别是消防安全、城市规划、建筑设计等方面也发挥了巨大作用。近年来,关于公共安全群体仿真方面的研究主要集中在安全通道设计,群体规划与管理,以及紧急疏散仿真等方面。本文主要研究了面向紧急疏散的群体仿真相关技术,建立起了从建模到评价的一套群体仿真系统,其中涉及到的主要工作包括: 1)虚拟环境几何编辑与实时渲染,开发实现了一个三维虚拟环境几何编辑软件,用户可使用该软件编辑出待仿真的三维环境,并基于OGRE游戏引擎在计算机上实时渲染出来;2)虚拟环境多层次建模,按照自顶向下的方式将虚拟环境分成三层:拓扑层、感知层与路径层,帮助群体仿真中的虚拟行人识别所在环境信息,并实现了二维多层次建模系统;3)人群行为建模,将虚拟行人作为基于物理的动力控制模型,考虑了紧急疏散下的三种主要人群行为:路径跟随、障碍躲避、碰撞规避,实现了基于Opensteer的二维人群仿真系统;4)群体仿真评价,针对紧急疏散下的群体仿真,以疏散通道的位置和大小以及人群疏散的速度作为决定层因子,以人群疏散的到达时间与疏散区域的密度作为表现层因子,为建筑疏散设计以及紧急疏散中的人群行为提供参考依据。

关键词：群体仿真紧急疏散环境建模行为建模仿真评价

基于新型情绪传染模型的群体仿真系统的设计与实现

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基于新型情绪传染模型的群体仿真系统的设计与实现

作者：王彤天津大学

学位级别：硕士

随着近年来计算机运行速度的快速提高以及计算机图形学的发展进步,群体仿真技术也逐渐成为研究热点。作为仿真技术的一个分支,群体仿真具有很高的实际应用价值。它在某些重大事故现场的模拟等领域发挥极大地作用,科研人员可以利用群体... 详细信息

随着近年来计算机运行速度的快速提高以及计算机图形学的发展进步,群体仿真技术也逐渐成为研究热点。作为仿真技术的一个分支,群体仿真具有很高的实际应用价值。它在某些重大事故现场的模拟等领域发挥极大地作用,科研人员可以利用群体仿真技术提前模拟现场情况,为建筑物的设计以及灾难应急计划的制定提供数据支持。为提高原有群体仿真技术的拟真度,科研人员尝试将情绪传染与人格相结合,提出了一些基于情绪传染的仿真方法;同时为了更好地表达人格与情绪传染的关系、情绪传染的过程以及情绪传染对行为的影响,将情绪以及情绪传染量化,在定性的基础上做到定量描述群体仿真中的情绪模型。但是现有模型依然存在着一些问题导致仿真系统的拟真度不足,因此本文以更深入的视角探索情绪传染的本质过程,以情绪传染基本理论为可靠的理论根据,结合人格特质描述模型,以全新的建模思路建立一个新型情绪传染模型并根据所设计的模型在代码层级进行实现,以提高仿真系统拟真度。同时为了在不影响速度的情况下优化仿真系统的最终效果,结合本文群体仿真系统的具体实现,本文在势能场分层技术上进行了改进,清晰了全局势能场与局部势能场的功能分配,着重明确局部势能场的意义以及所具有的功能,分析了局部势能场的特点并选取了针对性的计算方法,最终在仿真系统的效果和性能之间达到了一个更好的平衡。最后将情绪传染模块与路径规划模块与现有的碰撞避免运行库对接,结合可视化功能实现一套完整的基于情绪传染模型的群体仿真系统。为了验证模型的有效性,本文选择突发事件下的人群疏散场景进行群体仿真过程,通过可视化模块获取仿真的动态效果图以及仿真过程中的数据,与现有技术的数据作对比,以验证本文系统的有效性和先进性。经过数据对比,可证明运用新型情绪传染模型的群体仿真技术更准确地描述了群体仿真中的情绪传染,更加贴近现实。

关键词：群体仿真人格特质情绪传染势能场路径规划碰撞避免