[发明专利]基于地理信息的快速人群疏散仿真方法和装置

权利要求书

1.一种基于地理信息的快速人群疏散仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取场景的二维地图；

步骤2：基于所述二维地图提取地理信息，重建道路模型和建筑群模型；

步骤2.1：基于所述二维地图提取道路骨架数据，通过在所述道路骨架基础上添加道路宽度信息，采用向量旋转方法得到每个构成道路的顶点；

将得到的道路两边的坐标点分别保存到数据集合left_edge和right_edge中，将集合left_edge和right_edge中对应于同一条道路的坐标点按逆时针顺序组合，得到所有的道路多边形，实现道路模型重建；

步骤2.2：采用基于形状文法的方法生成场景的建筑群模型；

步骤2.3：将道路模型和建筑群模型合并得到场景模型；

步骤3：根据所述道路骨架数据和道路之间的拓扑关系，建立路径语义拓扑图；

步骤3.1：将道路骨架数据集合中的坐标点进行去重预处理，然后进行坐标变换，并将坐标变换后的坐标点作为路径语义拓扑图顶点；

步骤3.2：针对路径语义拓扑图中的任意两个顶点，判断两点间距离是否小于r，以及两点间连线是否经过障碍物，当且仅当距离小于r且不经过障碍物时，将所述两个点的连线作为路径语义拓扑图的边；

步骤4：基于正态分布的相对速度障碍法和场景语义进行人群运动计算；

步骤4.1：根据公式(1)得到满足正态分布的n个速度值V^pref并分别赋值于n个个体；

其中，个体i的期望速度为V_i^pref，μ_V表示期望速度的均值，σ_V决定了期望速度的分布幅度；

步骤4.2：根据公式(2)得到运动个体下一时刻所有候选速度的集合V^cand，个体i的最大速度V_i^max和最大加速度将候选速度控制在一定范围内；

其中，V_i表示个体i的当前速度，表示个体i的第j个候选速度，t表示时间步长；

步骤4.3：根据路径语义拓扑图，使用最短路径算法进行路径规划，选择从个体当前位置到达最终目标点的一条最短路径，该最短路径由一系列路径语义拓扑图顶点组成；

步骤4.4：选择最短路径上距个体当前位置最近的顶点为下一临时目标点，在每一个时间步长内，更新个体i的期望速度V_i^pref方向为朝向下一个临时目标点的方向；并根据公式(3)选择使得惩罚因子penalty最小的作为个体i下一时刻的新速度，

其中，w_i表示权重，tc′_i(V_i^cand)表示期望碰撞时间；

步骤5：结合真实感渲染技术，将人群运动计算结果与道路、建筑群模型进行渲染得到人群疏散仿真动画。

2.一种基于地理信息的快速人群疏散仿真的计算机装置，包括显示器、图形处理器、存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，

基于所述显示器上的人机交互界面选择指定场景的二维地图；

所述处理器用于执行所述计算机程序：接收场景的二维地图；

基于所述二维地图提取道路骨架数据，通过在所述道路骨架基础上添加道路宽度信息，采用向量旋转方法得到每个构成道路的顶点；

将得到的道路两边的坐标点分别保存到数据集合left_edge和right_edge中，将集合left_edge和right_edge中对应于同一条道路的坐标点按逆时针顺序组合，得到所有的道路多边形，实现道路模型重建；

采用基于形状文法的方法生成场景的建筑群模型；

将道路模型和建筑群模型合并得到场景模型；

根据所述道路骨架数据和道路之间的拓扑关系，建立路径语义拓扑图；

所述建立路径语义拓扑图:

将道路骨架数据集合中的坐标点进行去重预处理，然后进行坐标变换，并将坐标变换后的坐标点作为路径语义拓扑图顶点；

针对路径语义拓扑图中的任意两个顶点，判断两点间距离是否小于r，以及两点间连线是否经过障碍物，当且仅当距离小于r且不经过障碍物时，将所述两个点的连线作为路径语义拓扑图的边；

基于正态分布的相对速度障碍法和场景语义进行人群运动计算，将所述人群运动计算结果以及所述道路、建筑物模型传输至图形处理器；

所述人群运动计算包括：

根据公式(1)得到满足正态分布的n个速度值V^pref并分别赋值于n个个体；

其中，个体i的期望速度为V_i^pref，μ_V表示期望速度的均值，σ_V决定了期望速度的分布幅度；

根据公式(2)得到运动个体下一时刻所有候选速度的集合V^cand，个体i的最大速度V_i^max和最大加速度将候选速度控制在一定范围内；

其中，V_i表示个体i的当前速度，表示个体i的第j个候选速度，t表示时间步长；

根据路径语义拓扑图，使用最短路径算法进行路径规划，选择从个体当前位置到达最终目标点的一条最短路径，该最短路径由一系列路径语义拓扑图顶点组成；

选择最短路径上距个体当前位置最近的顶点为下一临时目标点，在每一个时间步长内，更新个体i的期望速度V_i^pref方向为下一个临时目标点的方向；并根据公式(3)选择使得惩罚因子penalty最小的作为个体i下一时刻的新速度，

其中，w_i表示权重，tc′_i(V_i^cand)表示期望碰撞时间；

所述图形处理器基于真实感渲染技术，将人群运动计算结果与道路、建筑群模型进行渲染，得到人群疏散仿真动画传输至显示器进行显示。