[发明专利]一种物理力和数据联合驱动的三维集群行为模拟方法

权利要求书

1.一种物理力和数据联合驱动的三维集群行为模拟方法，其特征在于，包括步骤：

(1)数据处理：

从已有不同种类的三维空间运动集群的轨迹数据集中提取运动特征，构建运动特征参考数据集D＝∪_vd_v，其中，d_v＝[v，a]为所提取的每一项运动特征，包含利用前向差分估计的每条轨迹中智能体在不同时间节点的运动速度v和加速度a，根据每项运动特征中的速度大小以从小到大的顺序对运动特征参考数据集D排序并分组，用于对数据集的快速索引；

(2)仿真初始化：

初始化的内容包括：集群运动场景、集群中智能体的数目N和智能体运动状态；其中，对于智能体i，其在时间t的运动状态为s_i，t∈R¹²，p_i，t∈R³为位置坐标、v_i，t∈R³为速度、为运动噪声方向、为自定义的控制方向，其中运动噪声方向为智能体运动方向引入随机性，自定义的控制方向控制智能体生成用户自定义的轨迹；

(3)实时集群行为仿真：

在仿真过程中，所述仿真模型实时地更新集群中各智能体的运动状态，对于集群中任意智能体i，其在t时刻运动状态更新的动力学公式如公式(1)～(4)所示：

p_i，t+1＝p_i，t+v_i，t+1Δt， (2)

其中，公式(1)通过最小化优化目标函数E计算该智能体在下一时刻的速度v_i，t+1，v、a分别为d_v中的速度和加速度，S_t＝∪_is_i，t表示集群中所有智能体运动状态的集合；公式(2)在t时刻位置坐标p_i，t基础上更新该智能体在下一时刻的位置坐标p_i，t+1，Δt为仿真计算的时间步长；公式(3)更新该智能体的噪声方向，函数f_N为基于curl噪声的噪声计算函数；公式(4)更新该智能体的控制方向，函数f_CD为控制方向计算函数，ENV_t为当前场景信息。

2.根据权利要求1所述的三维集群行为模拟方法，其特征在于，步骤(3)中，公式(1)所述的目标函数E是多项能量函数的加权和，不同项能量函数建模智能体的不同行为，其公式表达为：

E(i，v，a，S_t)＝E_i，int+E_i，sp+E_i，n+E_i，user (5)

其中，E_i，int为交互项，用以建模智能体间的交互，包含智能体间的排斥项E_i，rep和吸引项E_i，att；E_i，sp为自推进项，用以控制智能体的连续运动，包含智能体的内驱项E_i，vel和与环境交互项E_i，env；E_i，n为噪声控制项，用以建模智能体运动的随机性；E_i，user为用户自定义控制项，用以约束智能体产生特殊行为。

3.根据权利要求2所述的三维集群行为模拟方法，其特征在于，对于任意智能体i，公式(5)中所述的交互项E_i，int的计算公式为：

E_i，int＝E_i，rep+E_i，att (6)。