人群聚集区域发生的紧急安全事故一般都是突发性的和不可预估的,并受到人群数量、区域地理环境等外部因素影响,无法在现实世界里对事故进行模拟演练。因此,借助计算机技术构建虚拟场景模型和虚拟人群,模拟发生紧急安全事故时人群行为是最好的选择。虚拟人群仿真技术是虚拟现实的重要组成部分,利用虚拟现实技术来模仿人群行为,能够帮助解决这一问题。本文采用基于虚拟人群运动仿真技术,设计并实现了应急疏散情景下的人群仿真系统,模拟发生紧急安全事故时人群疏散情况。围绕仿真系统的设计与实现,本文做了如下工作:1、对虚拟人群仿真技术的研究背景、课题来源以及研究价值和意义做了简要分析,对虚拟人群仿真技术的国内外研究现状做了对比分析,阐述了系统的研究内容和研究方案,并对系统实现的创新之处作了说明。2、研究了虚拟人群仿真技术的关键技术。主要有虚拟场景建模技术、人物运动模型创建技术、改进的粒子群优化算法以及地理信息系统(Geographic Information System,GIS)与三维虚拟仿真系统交互的技术。虚拟人群仿真系统的实现主要包括三维虚拟场景建模、人群运动模型构建、路径规划和碰撞检测以及二维GIS与三维交互。在三维虚拟场景建模部分,本文采用专业建模软件3ds Max来构建虚拟场景模型;构建人群运动模型时采用基于多Agent的虚拟人群行为控制模型;在路径选择和碰撞检测时采用的是基于改进的粒子群优化算法(PSO),用PSO算法来模拟在应急疏散情景下的人群疏散行为和路径选择行为。3、结合实际情况,详细的阐述了系统的需求。对整个虚拟人群仿真系统作了一个简要介绍,包括系统选取的实验场景和事故类型;对系统的实现目标作了明确说明;对系统功能进行了详细说明。4、根据仿真系统的实际需求,完成了基于Agent的人群运动仿真研究。主要包括基于Agent的人群运动模型的构建、虚拟人群运动路径选择以及人群碰撞检测与避让等研究。基于Agent的人群行为模型和基于改进的粒子群优化算法(PSO)的结合使用不仅保证了人群行为的最大真实性,同时还降低了计算的复杂性,减轻了计算机计算的负荷。5、本文实现的虚拟人群仿真系统是二维GIS和三维交互的,三维仿真系统中人群运动的相关数据是通过二维GIS系统计算得到。系统通过构建仿真人群并结合GIS与三维场景的交互技术和粒子群优化算法模拟当发生紧急安全事故时受灾人群的应急疏散情况,将模拟产生的结果录制成视频保存。通过对应急疏散结果的分析,为制定应急疏散方案提供决策依据。本文最终以光谷广场作为实验场景,选取虚拟人群放置在场景中的随机位置,选取的安全事故为火灾,模拟当光谷广场发生火灾的时候受灾人员的应急疏散情况,完成了实验并实现了仿真系统。6、总结了本文的研究成果,并对虚拟人群仿真技术在未来的发展作出展望。