基于動(dòng)態(tài)勢場的車輛三維仿真方法研究

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1、中文圖書分類號：TP391密級：公開UDC：004學(xué)校代碼：10005碩士學(xué)位論文MASTERALDISSERTATION論文題目：基于動(dòng)態(tài)勢場的車輛三維仿真方法研究論文作者：蔡夢佳學(xué)科：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師：孔德慧論文提交日期：2015年6月UDC：004學(xué)校代碼：10005中文圖書分類號：TP391學(xué)號：S201207106密級：公開北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文（全日制）題目：基于動(dòng)態(tài)勢場的車輛三維仿真方法研究英文題目：STUDYOF3DCARSIMULATIONMETHODBASEDONDYNAMICPOTENTIA

2、LFIELDVENUE論文作者：蔡夢佳學(xué)科：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究方向：計(jì)算機(jī)仿真申請學(xué)位：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師：孔德慧所在單位：城市交通學(xué)院答辯日期：2015年6月授予學(xué)位單位：北京工業(yè)大學(xué)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京工業(yè)大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：蔡夢佳日期：201

3、5年7月8日關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名：蔡夢佳日期：2015年7月8日導(dǎo)師簽名：孔德慧日期：2015年7月8日摘要摘要智能交通系統(tǒng)是未來交通發(fā)展的方向，仿真技術(shù)作為研究交通系統(tǒng)的有效手段，在智能交通領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。成功的搭建城市交通仿真模型，可以為交通道路設(shè)計(jì)提供依據(jù)。城市道路交通流是城市交通中的主要組成

4、因素，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被證明非常適用于對城市道路交通流進(jìn)行模擬研究，城市道路交通流虛擬模擬能夠?yàn)樾腥私煌ò踩逃约俺鞘械缆方煌鬟\(yùn)動(dòng)研究提供重要參考，具有重要的指導(dǎo)意義和廣泛的研究前景。動(dòng)態(tài)隱勢場模型作為流體仿真的一個(gè)經(jīng)典模型，將影響大規(guī)模群體運(yùn)動(dòng)的因素綜合為一個(gè)連續(xù)的流場，大幅提升了仿真效果。該模型已經(jīng)被國內(nèi)外研究者運(yùn)用到大規(guī)模人群仿真研究中，并取得了一定的研究進(jìn)展。由于人群行為的自由度比較高，而車輛的行為可以看作是一個(gè)人群行為的一個(gè)簡化，我們可以考慮將動(dòng)態(tài)隱勢場模型運(yùn)用到車輛仿真上。因此，本文針對交通樞紐復(fù)雜的交通情況，研

5、究基于動(dòng)態(tài)隱勢場的城市道路網(wǎng)絡(luò)的車輛三維仿真方法。根據(jù)車輛在不同交通狀況下的行為特點(diǎn)，本文為虛擬車輛賦予了多種智能化的運(yùn)動(dòng)策略，使車輛能夠合理應(yīng)對各種情況。在滿足真實(shí)感和實(shí)時(shí)性的前提下，實(shí)現(xiàn)了虛擬車輛的智能化運(yùn)動(dòng)。具體完成的創(chuàng)新工作如下：（1）提出了一種基于動(dòng)態(tài)勢場的車輛運(yùn)動(dòng)模型。根據(jù)路況信息生成指導(dǎo)車輛運(yùn)動(dòng)的全局勢場，完成局部區(qū)域的碰撞避免與車輛路徑規(guī)劃。并基于動(dòng)態(tài)勢場模型，實(shí)現(xiàn)了車輛的跟馳、換道行為。（2）提出了基于FIM（FastIterativeMethod）算法的車輛仿真優(yōu)化方案。由于上述車輛運(yùn)動(dòng)仿真模型效率的主要標(biāo)

6、準(zhǔn)為勢場的構(gòu)建速度，本文提出了基于FIM算法的勢場并行計(jì)算方法，優(yōu)化勢場的構(gòu)建效率。此外，本文結(jié)合CPU和GPU的運(yùn)算特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了不同的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)車輛仿真系統(tǒng)，并最終得到了性能最為優(yōu)良的基于多核CPU+GPU的并行異構(gòu)的車輛仿真系統(tǒng)。（3）提出了基于并行環(huán)境的較為通用的地形信息描述方法。該方法建立了較為通用的場景表示方法和交通樞紐道路表示模型。本文以北京南站周圍場景為例，同時(shí)運(yùn)用上述車輛運(yùn)動(dòng)模型和仿真優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了具有較高實(shí)時(shí)性的基于勢場的車輛三維真實(shí)感仿真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法能夠在大規(guī)模車輛的實(shí)時(shí)渲染場景中獲得良好的仿

7、真效果和仿真效率。在萬車輛級別的場景想，仿真效率可以達(dá)到80fps。最并基于上述研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)面向城市道路交通網(wǎng)絡(luò)的車輛三維仿真系統(tǒng)。I北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；動(dòng)態(tài)勢場；車輛仿真；并行異構(gòu)IIAbstractAbstractThedirectionoffuturetrafficistheintelligenttransportationsystem.Asaneffectivemeanstostudythedevelopmentofthetransportsystem,simulationtechnolo

8、gyhasgoodapplicableprospectsinthefieldofintelligenttransportation.Buildingurbantrafficsimulationmodelsuccessfullycanprovidethebasisforthed