[发明专利]一种基于复合势能场的人群疏散仿真系统

权利要求书

1.一种基于复合势能场的人群疏散仿真系统，其特征在于，构建复合势能场模型；结合行人的更新策略和对行人速度的控制方法，建立不同规模场景中在紧急情况下人群疏散的仿真系统；

所述构建复合势能场模型是通过局部势能场与全局势能场加权平均得到的，具体方式为：

采用狄利克雷边界条件和诺依曼边界条件的线性组合，通过设定不同λ值来找到一个平衡点以生成全局势能场P_W；

P_W=λP_D+(1-λ)P_N；

其中P_D是用狄利克雷边界条件生产的势能场函数，P_N是用诺依曼边界条件生产的势能场函数；

采用局部势能场解决人与人之间的避碰问题，为每个人局部设定一个X*X的视野，每一时刻都对X*X的网格进行与全局势能场相同的求解操作，即采用狄利克雷边界条件和诺依曼边界条件的线性组合，通过设定不同λ值来找到一个平衡点，从而得到局部势能场，其中将人当成障碍物，把X*X网格的边缘当作出口；

设人当前处于某个位置，然后把人当前所处位置的势能值及临界的8个方向的势能值加上1得到局部势能场P_S，以该人所处位置为中心，其前、后、左、右、以及四个斜对角线方向位置的势能值为8个方向；再与全局势能场P_W加权平均就得到复合势能场P_Total：

P_Total=γP_S+(1-γ)P_W；

其中γ为加权系数。

2.根据权利要求1所述的基于复合势能场的人群疏散仿真系统，其特征在于，所述行人更新策略的方式为：行人沿着势能值降低的方向前进，在8个方向中，

其中直角方向的梯度为：P_o-i=P_o-P_i，其中P_o-i为表示o到i方向的梯度，P_o为当前位置梯度，P_i为方向i的梯度，o为当前所处位置，i取a，b，c，d，分别表示四个直角位置；

对角线方向的梯度为：其中P_o-j为表示o到j方向的梯度，j取ac、bc、ad或bd，分别为四个斜对角线方向，t为一个1至之间的数值；

在动画实现方面，对每一次运动做了细分；设人物之前的前进方向是φ₀，通过梯度公式求出新的前进方向为φ₁；

对于往直角方向的运动分成10帧，设D为网格边长。第i帧的前进方向和位移如下：

第i帧的前进方向为：

第i帧的位移为：

对于往对角线方向的运动分成14帧，同样设D为网格边长。第i帧的前进方向和位移如下：

第i帧的前进方向为：

第i帧的位移为：

通过为直角方向和对角线方向分别设定渲染的帧数，避免往对角线方向运动的速度偏快的情况；对每一帧设定其人物前进方向又使得轨迹更加光滑。

3.根据权利要求2所述的基于复合势能场的人群疏散仿真系统，其特征在于，所述的行人速度控制的方法为：采用与局部势能场相结合，将行人速度划分为多个减速等级s，s是行人Y*Y的区域内障碍物的个数，其行人当前的运动速度V有以下关系：V=V0(1+μs);]]>

其中V₀是初始速度，μ是加权参数。

4.根据权利要求3所述的基于复合势能场的人群疏散仿真系统，其特征在于，所述X=10，Y=5。