[发明专利]一种基于非均匀场的群体模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及群体模拟方法，特别是一种基于场的群体模拟。

技术背景

随着虚拟现实技术和计算机图形技术的不断发展和普及，虚拟个体及虚拟群体模拟被广泛应用在安全预演、影视特技、动画生成及虚拟世界构建等诸多领域，在近年来成为了一个倍受研究者们关注的主题。

在虚拟个体及虚拟群体模拟研究的各个方面，动态实体的避障实现是保证模拟结果真实性的一个关键因素。其中，动态实体是指可以在模拟环境中运动的虚拟实体，包括虚拟个体和可运动的环境实体。为了实现动态实体间以及动态实体和静态环境实体间的碰撞避免，并杜绝穿透，人们结合各种模拟模型，提出了大量避障方法。然而在模拟中，由于避障的实现涉及到环境信息的提取和利用、行为决策的制定和实施、路径的选择和规划、具体运动的控制和实现以及模拟结果可视化等诸多方面，对研究者们提出了严峻的考验。其中最关键的挑战在于：如何最大程度地减少由于避障需求而带来的动态实体行为模拟上的空间限制和失真。现有技术中一类常用的避障方法是使用斥力来实现动态实体的避障。这类方法首先在动态实体和动态实体之间以及动态实体和静态实体之间设置一定的斥力产生方式：然后，在动态实体运动的过程中，将其受到的各种斥力通过一定的方式叠加起来得到一个斥力的合力；最后，将斥力的合力同动态实体受到的其它类型的力一起通过牛顿力学公式改变动态实体的位置。这种方法可以生成流畅的运动轨迹，但难以避免动态实体之间，动态实体和静态实体之间的穿透发生，尤其是在动态实体比较多，速度比较大的情况下。

目前产生斥力的方法多是采用势能场的方案。其让每一个实体都具有一定的势能场，当两个实体接近的时候相互排斥。但是当大量人员统一向一个方法运动时，人与人之间的这种斥力使得同向人之间无法接近，这与实际并不相符。对于不同的移动实体，如果都采用相同的势能场会出现很多与实际不相符的错误。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题本发明的目的在于提供一种基于场的群体模拟方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于场的群体模拟方法，其包括以下步骤：获得移动实体的运动方向；以所述运动方向所在区域为最大势能区域，以所述运动方向相反的方向所在区域为最小势能区域，在所述移动实体周围分布势能场；计算所述移动实体与其他实体之间的作用力的合力；根据所述作用力的合力改变移动实体的运动方向。

优选地，所述方法还涉及固定实体，固定实体在其周围具有固定分布的静态势能场，所述方法进一步包括：根据虚拟环境中的出口以及固定实体，计算静态势能场；移动实体根据静态势能场受力发生运动。

优选地，所述移动实体周围分布势能场为在以运动方向相反的方向所在一定角度区域内势能为0。

优选地，所述移动实体在所述运动方向周围一定角度内范围具有固定分布的势能场。

优选地，所述移动实体周围分布的势能场符合以下公式：

其中，c₁与c₂为常数，v_i为移动实体i的速度，p_i为移动实体i所在的位置，α为在移动实体i速度v_i相反的方向上的一个夹角。

优选地，所述势能场越靠近实体势能越大，越远离实体势能越小。

本发明使移动实体在运动方向的反方向上减少势能场，以形成排队跟随或交叉相错的效果，更加逼近实际效果。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例中的方法流程图；

图2是本发明一个具体实施例中移动实体i在点p的势能场分布示意图。

具体实施方式

有试验证明，当两队人面对面并排前进时，在交叉的时候相互之间总会错开，这也说明两个正面相对交叉的人会自觉的“见缝插针”的“对穿”现象(lane formation)。而如果按照现有技术中将每一个人周围按照类似仅有一个电荷形成的电场分布，去设定每一个人周围的势能场，将会产生双方谁也过不去且最终挤在一起的情况。

采用计算机进行实体的行为模拟一般先设定实体的初始位置和目标位置。以初始位置为势能最高点，目标位置为使能最低点，这样在没有任何障碍物或者人员的情况下，实体总会沿着梯度最小的方向移动到目标位置。由于障碍物和其他移动实体的存在，实体总会要躲避以免发生碰撞。在实体行进方向相反的方向上是实体是最不可能出现的位置。因此这里就像流体力学中的漩涡区一样，在实体行进后侧产生真空，这样可以让后面的实体跟进。也就是“湍流现象”。