[發明專利]一種物理力和數據聯合驅動的三維集群行為模擬方法

在審

• 申請號: 202010637118.0
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN112016660A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 相偉;姚心然;金小剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種物理力和數據聯合驅動的三維集群行為模擬方法，其特征在于，包括步驟：

(1)數據處理：

從已有不同種類的三維空間運動集群的軌跡數據集中提取運動特征，構建運動特征參考數據集D＝∪_vd_v，其中，d_v＝[v，a]為所提取的每一項運動特征，包含利用前向差分估計的每條軌跡中智能體在不同時間節點的運動速度v和加速度a，根據每項運動特征中的速度大小以從小到大的順序對運動特征參考數據集D排序并分組，用于對數據集的快速索引；

(2)仿真初始化：

初始化的內容包括：集群運動場景、集群中智能體的數目N和智能體運動狀態；其中，對于智能體i，其在時間t的運動狀態為s_i，t∈R¹²，p_i，t∈R³為位置坐標、v_i，t∈R³為速度、為運動噪聲方向、為自定義的控制方向，其中運動噪聲方向為智能體運動方向引入隨機性，自定義的控制方向控制智能體生成用戶自定義的軌跡；

(3)實時集群行為仿真：

在仿真過程中，所述仿真模型實時地更新集群中各智能體的運動狀態，對于集群中任意智能體i，其在t時刻運動狀態更新的動力學公式如公式(1)～(4)所示：

p_i，t+1＝p_i，t+v_i，t+1Δt， (2)

其中，公式(1)通過最小化優化目標函數E計算該智能體在下一時刻的速度v_i，t+1，v、a分別為d_v中的速度和加速度，S_t＝∪_is_i，t表示集群中所有智能體運動狀態的集合；公式(2)在t時刻位置坐標p_i，t基礎上更新該智能體在下一時刻的位置坐標p_i，t+1，Δt為仿真計算的時間步長；公式(3)更新該智能體的噪聲方向，函數f_N為基于curl噪聲的噪聲計算函數；公式(4)更新該智能體的控制方向，函數f_CD為控制方向計算函數，ENV_t為當前場景信息。

2.根據權利要求1所述的三維集群行為模擬方法，其特征在于，步驟(3)中，公式(1)所述的目標函數E是多項能量函數的加權和，不同項能量函數建模智能體的不同行為，其公式表達為：

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

其中，E_i，int為交互項，用以建模智能體間的交互，包含智能體間的排斥項E_i，rep和吸引項E_i，att；E_i，sp為自推進項，用以控制智能體的連續運動，包含智能體的內驅項E_i，vel和與環境交互項E_i，env；E_i，n為噪聲控制項，用以建模智能體運動的隨機性；E_i，user為用戶自定義控制項，用以約束智能體產生特殊行為。

3.根據權利要求2所述的三維集群行為模擬方法，其特征在于，對于任意智能體i，公式(5)中所述的交互項E_i，int的計算公式為：

E_i，int＝E_i，rep+E_i，att (6)。