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随着虚拟现实技术的发展、数字化人体运动仿真技术的日趋成熟,大规模人群运动仿真技术开始成为虚拟人合成领域新兴的研究热点。利用群体模拟技术,在计算机生成空间中创建并模拟现实世界中的群体及其运动,能够极大地提高虚拟世界的真实感和沉浸感。但大规模人群运动仿真模型的研究工作还处于初步的探索阶段,因此建立通用的人群运动模型具有很大研究价值。
近年来,随着计算机群体模拟技术的不断发展,其应用也越来越广泛,主要包括模拟训练、计算机游戏动画、影视特效和公共安全辅助设计等领域。鉴于人群运动模型建立的重要性和复杂性,以及人们对人群运动模拟渲染效果和渲染速度提出了更高的要求。因此,为实时高效、真实稳定地展现人群运动以满足虚拟现实真实感和沉浸感的要求,本文以大规模人群为研究对象,在保证真实感的前提下,提出了较为通用的人群运动模拟框架。具体完成的工作如下:
(1)建立虚拟场景的表示模型。该模型把虚拟场景进行了二维抽象,该模型的构建不仅利于观察全局的人群运动,而且为人群运动高效计算、全局环境信息规划等提供了重要保证。
(2)提出了一种人群运动规划方法。根据人群运动规划的流程,该方法采用FSM人群运动选择机制;基于图像空间的实时碰撞检测结果,本文应用全局环境信息规划和局部运动代价共同来驱动人群运动,完成人群的运动规划。
(3)完成了大规模人群的运动模拟。由于CPU资源有限,所以本文应用基于GPU的静态LOD的几何/Impostor进行人群运动的实时绘制,实现了三维场景的实时高效渲染,该绘制方法不仅提高渲染效率,而且可以满足人们的视觉要求。
最后,应用本文虚拟环境中大规模人群运动模拟的具体框架对体育场馆中大规模人群离场运动进行模拟。虚拟人均能有效的避碰并能顺利离场,仿真效果有很强的真实感,而且能够满足高速渲染和实时性的要求。