[发明专利]基于动态视域的公共建筑引导系统设计方法

权利要求书

1.一种基于动态视域的公共建筑引导系统设计方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：通过实地调研收集公共建筑室内空间和引导系统的特征数据，以及使用人群的基本属性及移动特征数据；

步骤二：基于所述建筑空间和引导系统的特征数据建立三维模型组，设置相关环境和使用者Agent群组参数，构建虚拟现实场景；

步骤三：在虚拟现实场景平台中，根据使用者视域特征和引导元素的属性特征计算引导元素的可见覆盖范围；

所述步骤三具体为：

第一步：计算使用者视域，使用者的视域为其人眼高度的扇形水平面，其高度根据使用者身高来确定，使用者在视域内的可见能力不随距离和偏角变化而改变；

第二步：计算引导元素的最大可见覆盖范围，以引导元素的几何中心点为原点，以引导元素可被观察的最大距离为半径，最大观察角度为圆锥角生成可见锥体，最大可见距离和角度根据引导元素的字体和大小来确定，通过下式表示引导元素的最大可见锥体范围V：

其中，v_i为人眼位置，p为引导元素的几何中心，n为引导元素朝向的方向向量，-为两向量的纯向量积，d为引导元素可被观察的最大距离，θ表示最大观察角度；

第三步：通过下式确定可见锥体与使用者视域扇形水平面的相交面即所述引导元素的可见覆盖范围：

A＝V∩G (2)

其中，A为所述引导元素的可见覆盖范围，G为使用者视域扇形水平面，V为引导元素的最大可见锥体范围；

步骤四：针对虚拟现实平台中建立的具有不同特征的所述Agent，运用启发函数A*算法计算场景中所述Agent的搜索路径，并运用RVO避障算法预测并躲避静止和移动的障碍物，模拟所述Agent的最优速度；

步骤五：对引导元素可见覆盖范围和Agent个体动态视域的模拟结果进行叠加计算，获得引导元素的可见率，对所述引导元素的可见率进行数据比较与分析，获得引导系统的位置布局的最优方案；

所述步骤五具体为：

第一步：通过运行仿真模拟，根据每个Agent的视平高度、视场角和运动方向，实时计算各Agent在搜索过程中的动态视域；

第二步：计算Agent动态视域暴露于引导元素可见覆盖范围的持续时间，并与Agent所需的理解时间进行比较，通过叠加计算确定引导元素动态可见率；

第三步：根据所述引导元素动态可见率的数据比较与分析结果，获得最优的引导系统的位置布局和相应引导系统设计策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态视域的公共建筑引导系统设计方法，其特征是：所述步骤一具体为：

第一步：选取人员密集的大型商业综合体为调研的公共建筑对象；

第二步：通过案例分析和实地测量记录的方式获取公共建筑的平面布局形式和空间设计尺寸的参数，以及引导系统特征数据；

第三步：采用问卷和录像的方式获得使用者的基本属性信息和移动特征数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态视域的公共建筑引导系统设计方法，其特征是：所述步骤二具体为：

第一步：根据所述建筑空间和引导系统的特征数据，利用Revit和3ds Max三维建模软件创建建筑基本模型；

第二步：将所述建筑模型导入至Unity 3D虚拟现实引擎中，并设置环境参数，构建虚拟现实场景；

第三步：根据不同性别、年龄的使用者所具备的不同身高和行走速度特征，将其划分为不同模拟对比组，在虚拟现实平台中设定相应Agent群组及相关基础参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态视域的公共建筑引导系统设计方法，其特征是：所述步骤四具体为：

第一步：利用启发函数A*算法计算场景中Agent群组的搜索路径，通过下式确定起始节点与目标节点之间的估计移动总成本：

f(n)＝g(n)+h(n) (3)

其中，g(n)表示起始节点与当前节点之间的实际移动成本，h(n)表示当前节点与目标节点之间的估计移动成本，f(n)表示起始节点与目标节点之间的估计移动总成本；

通过曼哈顿距离计算g(n)和h(n)：

g(n)＝|x_s-x_n|+|y_s-y_n| (4)

h(n)＝|x_e-x_n|+|y_e-y_n| (5)

其中，x_s是起点横坐标，y_s是起点纵坐标，x_n是节点横坐标，y_n是节点纵坐标，x_e是目标节点横坐标，y_e是目标节点纵坐标；

第二步：利用RVO局部避障算法预测并躲避障碍物，确定Agent在移动过程中的碰撞边界，采用互惠速度和避障技术，综合考虑模拟现实场景中Agent自身矢量速度和其他Agents对Agent自身矢量速度的影响，使得每个Agent均根据所有Agents全局路径的最大速度来优化自身速度，模拟Agent的最优速度。