[發(fā)明專利]移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動模型及其三維動態(tài)構(gòu)建方法與系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103870639A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣昌俊;閆春鋼;陳閎中;方鈺;潘力潔
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 葉鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動三維仿真。

背景技術(shù)

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷提高，對于移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動的研究越來越多地應(yīng)用到了計算機(jī)仿真技術(shù)。利用仿真技術(shù)，人們可以直接在計算機(jī)上觀察到移動目標(biāo)在某個區(qū)域內(nèi)的有趨向性的移動情況，記錄移動目標(biāo)的方位，計算移動用時。采用計算機(jī)來模擬移動目標(biāo)的運(yùn)動趨勢，具有較強(qiáng)的直觀性，而且這種模擬不需要付出實(shí)際的代價。正由于上述優(yōu)點(diǎn)，移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動的研究得到了國內(nèi)外學(xué)者的重視，出現(xiàn)了多種仿真模型。

移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動的仿真模型根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同可以分為很多種，較為常用的有磁場力模型、社會力模型和元胞自動機(jī)模型。但是，這些仿真模型都存在著一些不足之處。磁場力模型將移動目標(biāo)以及障礙物全部視為有磁性的個體，運(yùn)動中滿足庫倫定律，不過其模型參數(shù)目前無法被驗(yàn)證是合理的；社會力模型將移動目標(biāo)視為粒子，粒子的運(yùn)動符合牛頓運(yùn)動定律，由牛頓運(yùn)動方程求解得到運(yùn)動方向和速度，該方法得到的數(shù)值精確，但是其編程極為繁瑣，運(yùn)算量巨大不利于應(yīng)用在工程上；元胞自動機(jī)模型將空間和時間變成離散狀，具有較好的仿真效果，不過“場域”構(gòu)建非常繁瑣，而且功能上還不能被完全實(shí)現(xiàn)。

同時，現(xiàn)行的移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動的仿真系統(tǒng)主要利用傳統(tǒng)的二維仿真技術(shù)，在可視化方面不能滿足具體應(yīng)用系統(tǒng)的移動目標(biāo)種類多、運(yùn)動復(fù)雜、趨向各異性等特點(diǎn)，不能對真實(shí)移動目標(biāo)進(jìn)行深層次刻畫并提供全方位多角度的三維仿真展示。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述特點(diǎn)，本發(fā)明的目的在提出了一種基于“格子氣”模型的移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動模型及其三維建模與仿真系統(tǒng)及其方法。格子氣模型，該模型運(yùn)算規(guī)則簡單，計算效率高，在保證仿真效果的同時，提高了系統(tǒng)性能。

本發(fā)明給出的技術(shù)方案為：

一種移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動模型及其三維動態(tài)構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括預(yù)處理層、運(yùn)算層、顯示層、和數(shù)據(jù)層。所述預(yù)處理層包括系統(tǒng)配置信息處理模塊、移動區(qū)域信息處理模塊和移動目標(biāo)信息處理模塊。所述運(yùn)算層包括仿真計算模塊和監(jiān)聽模塊，其中仿真計算模塊又包括移動目標(biāo)運(yùn)動計算模塊和移動區(qū)域信息更新模塊，監(jiān)聽模塊又包括接收消息模塊和發(fā)送消息模塊。所述顯示層包括移動目標(biāo)顯示模塊和移動區(qū)域顯示模塊。所述數(shù)據(jù)層包括移動目標(biāo)信息、移動區(qū)域信息和三維模型，數(shù)據(jù)層為預(yù)處理層、運(yùn)算層和顯示層提供所需的數(shù)據(jù)信息和模型庫。它們之間的關(guān)系為：

所述系統(tǒng)配置信息處理模塊，從配置文件中讀取仿真系統(tǒng)的總體配置信息，這些信息是由用戶設(shè)定的，配置與系統(tǒng)仿真相關(guān)的各種控制以及設(shè)置信息，包括格子氣模型的偏向強(qiáng)度參數(shù)D、移動目標(biāo)運(yùn)動速度和數(shù)目等。

所述移動區(qū)域信息處理模塊，將移動區(qū)域進(jìn)行劃分，得到同等大小的M*N個格子區(qū)域，并為每個格子設(shè)定對應(yīng)的ID號和狀態(tài)信息。

所述移動目標(biāo)信息處理模塊，為每個移動目標(biāo)初始化個體信息，主要包括：移動目標(biāo)位置ID、移動目標(biāo)的目標(biāo)ID以運(yùn)動趨向。

所述仿真計算模塊，是運(yùn)算層乃至整個仿真系統(tǒng)的核心模塊。采用格子氣模型進(jìn)行仿真，判斷移動目標(biāo)所處的位置狀態(tài)，確定其運(yùn)動方向并更新其位置信息，同時還需要更新相應(yīng)網(wǎng)格的信息。仿真計算模塊又包括移動目標(biāo)運(yùn)動計算模塊、和移動區(qū)域信息更新模塊，所述移動目標(biāo)運(yùn)動計算模塊主要負(fù)責(zé)處理移動目標(biāo)的狀態(tài)信息，即包括計算運(yùn)動方向和更新位置信息。移動區(qū)域信息更新模塊主要負(fù)責(zé)更新移動區(qū)域的狀態(tài)信息，即包括移動區(qū)域狀態(tài)可用性和區(qū)域中的移動目標(biāo)信息。移動目標(biāo)運(yùn)動計算模塊和移動區(qū)域信息更新模塊是兩個獨(dú)立分開的模塊，當(dāng)仿真過程中環(huán)境發(fā)生變化則只需要更新移動區(qū)域信息，則也只調(diào)用移動區(qū)域信息更新模塊即可，所以有時系統(tǒng)只會調(diào)用其中的一個模塊。

所述監(jiān)聽模塊，負(fù)責(zé)與后臺服務(wù)器之間的通訊，采用后臺線程的模式，監(jiān)聽并接收服務(wù)器端的消息，并將消息及時傳送給仿真計算模塊。監(jiān)聽模塊又包括接收消息模塊和發(fā)送消息模塊。監(jiān)聽模塊主要負(fù)責(zé)整個仿真過程中與后臺的通訊任務(wù)，隨時對后臺的信息做出響應(yīng)，根據(jù)接收的消息分別調(diào)用仿真計算模塊中的移動區(qū)域信息更新模塊和/或移動目標(biāo)運(yùn)動計算模塊以執(zhí)行相應(yīng)的仿真計算。在整個仿真過程中，監(jiān)聽模塊始終處于運(yùn)行狀態(tài)。

所述顯示層的移動目標(biāo)顯示模塊和移動區(qū)域顯示模塊同時接收仿真計算模塊發(fā)送的腳本信息，串行更新移動目標(biāo)的當(dāng)前位置。

一種移動目標(biāo)趨向性運(yùn)動模型及其三維動態(tài)構(gòu)建方法，其特征在于，包括步驟：