基于几何约束机制的团体操队形辅助设计平台

大型团体演出,如团体操,往往涉及到快速、平滑、流畅、整齐的群体队形变换问题.基于虚拟人群仿真技术,通过引入几何约束方法,结合Morphing,CVT和Lloyd技术,从团体操队形约束、个体分布布局、个体配对、个体运动路径规划、群体碰撞避免等方面,综合提出一种新颖的团体操群体队形变换解决方案.首先采用Morphing生成从源队形到目标体操队形的一系列中间约束形状,保证变化的平滑性;然后利用CVT技术实现群体在约束形状中的分布布局;由于约束形状变化,个体的运动路径规划和碰撞避免均采用改进的Lloyd下降法,即变空间域下的Lloyd下降法来实现;最终搭建系统平台,有效地提高了团体操队形设计质量和效率.     

基于Voronoi图的群体队形控制方法

影视作品中采用群体队形控制技术来制作大量角色处于某种队形运动的场景，但许多群体队形技术往往侧重于对自由移动的个体角色进行控制，而忽视了对队形运动的整体控制，导致场景画面缺乏美感性、整体性和条理性。针对这些问题，提出了基于Voronoi图的群体队形控制方法。首先，将群体队形进行Voronoi图空间划分，建立一个包含所有智能体的队形网格；然后，提出一种新的群体队形形变算法，采用人工势能场和相对速度障碍法进行合理避障，再结合弹簧系统使群体队形在形变过程中尽可能保持整体稳定；最后，采用Lloyd算法快速恢复到目标队形。实验结果表明，该方法可以很好地模拟群体队形变换运动，适用各种复杂场景，具有美感、整体、条理的队形变换效果。     

群组动画中的队形约束与控制方法

针对影视制作中对大规模虚拟群体运动控制的需求,提出一种基于队形约束的群体运动编辑与控制方法.首先利用贪心算法构建从初始队形到目标队形中个体位置的配对关系;然后对其进行优化,在保持个体相对位置的同时尽可能减少路线交叉;最后通过匹配虚拟角色的运动来合成流畅、逼真的群组动画.采用文中方法用户只需输入群体规模以及群体队形轮廓,即可实现对群体运动的编辑与控制.实验结果表明,该方法能够对不同规模、不同队形间的群体运动实现有效控制,从而提高群组动画制作的效率.     

多智能体系统的队形控制方法及应用综述

多智能体系统队形控制的研究主要集中于队形形成、队形保持和队形变换3个方面;首先,介绍、分析了多种队形控制方法,包括轨迹跟踪法、行动选择法、假想刚体法、网络关系图分析法、动态编队法、虚拟势场法、学习控制法和混合控制法等;其次,对移动机器人、无人机、水下机器人等多智能体系统的队形控制应用进行研究;然后,给出了近年来多智能体系统队形控制的研究进展,包括基于复Laplacian矩阵的多维空间队形控制方法,其它领域技术(云计算、图像处理等)用于队形控制的研究成果,并对基于队形控制的多移动机器人和无人机搬运作了介绍;最后,给出了当前队形控制研究中尚未解决的问题,包括队形扩展,队形稳定性,通信、传感器功能,异构多智能体系统队形控制和机械臂编队等。     

移动机器人队形控制关键技术及其进展

在明确了多机器人队形控制国内外发展现状的基础上,以地面移动机器人为研究对象,从系统结构、机器人模型、队形形状表示方法、参考框架及编队控制策略等方面,对多机器人编队控制的研究成果进行了概述.同时,对队形形状生成、编队跟踪与协调、队形变换与重组以及编队避障等队形控制子问题的国内外研究近况进行了总结和分析.最终指出:研究统一有效的编队控制框架、障碍环境下的队形优化变换、降低系统对通讯能力的要求以及编队控制在实际物理环境下的应用是移动机器人队形控制领域未来可能的研究主题.     

基于Leader-Follower的分队队形控制寻径算法研究

在战场环境中,战术分队的队形在面对复杂静态或动态障碍物难以较好地保持,针对此问题,提出了基于Leader-Follower算法的改进队形控制方法。在Leader寻径阶段,通过在战场导航网格中应用两阶段路径搜索方法,先使用A*算法寻找由三角形通道和可利用地物组成的路径,再使用改进的Funnel算法在考虑队形规模的约束条件下对路径作平滑处理。在Follower跟随阶段中,通过采用morphing技术,产生在复杂障碍约束下平滑的中间约束队形序列,并结合提出的队形弹簧模型,局部修正并控制Follower每一时刻的速度。为解决面对动态障碍的避碰问题,基于相对速度障碍法,并加入速度协同控制,避免队形在避碰过程中失效。最后通过实验表明了该方法的有效性。     

基于北斗卫星通信定位的战斗机队形指挥控制系统设计

目前设计的战斗机队形指挥控制系统数据匹配度低,指挥性能较差;为了解决上述问题,基于北斗卫星通信定位设计了一种新的战斗机队形指挥控制系统,对系统的硬件和软件进行优化设计;硬件主要由定位器、指挥器、信号接收器和监控器组成,选用HD-38型号的定位器,提高定位精度,采用HD-72X型号的指挥器,增强系统的整体指挥模式,同时在信号接收器上设置单频、双频、三频3个模式,利用UPS续航电源对系统进行供电,从而提高系统的储电能力;通过控制战斗机的队形变换、队形保持以及队形控制来完成战斗机队形指挥控制;实验结果表明,基于北斗卫星通信定位的战斗机队形指挥控制系统能够有效提高系统的数据匹配度,提升战斗机队形指挥控制效率,增强指挥性能.     

可变形网格引导的群体队形仿真

目的 许多群体运动仿真算法侧重于模拟由大量自由移动个体所组成的群体行为,而针对具有特定队形的群体运动仿真算法较少。为解决这一问题,采用改进的网格引导方法,利用可变形网格对群体运动进行控制。方法 首先,对群体队形进行三角划分,建立一个连接所有智能体的队形网格。然后,利用障碍势场法在群体运动的过程中对队形网格进行变形,使智能体在避免与障碍物发生穿透的同时尽可能保持整体队形稳定。最后,针对障碍物穿过队形网格时可能造成的局部智能体 “错位现象”,提出了基于吸引点的网格引导方法,使群体绕过障碍物后能迅速恢复原来队形。结果 使用Unity软件对军队行进、动态车流、群体表演等场景中的智能体编队移动进行仿真,并设置了不同规模的群组交换实验进行对比。本文算法的实时计算花销主要集中在网格变形阶段：在队形网格顶点总数为1 000时,单位仿真步内网格变形阶段的平均运行时间为20.15 ms。队形网格划分阶段是一个预先进行的过程,不影响算法实时性。基于吸引点的网格引导方法提高了智能体的全局移动效率,使队形变化更加自然流畅。结论 实验结果表明,可变形网格引导的群体队形仿真算法在群体运动过程中能有效维持队形稳定,无论障碍环境是静态的还是动态的都能实现良好的群体避障,说明算法的有效性。     

Agent-Based群体模拟中的朝向计算方法

基于智能体(agent-based)的群体模拟中,已有的朝向计算方法易产生个体的朝向突变或僵硬的转弯行为,导致高密度群体的三维运动效果失真.为此提出一种适用于agent-based模型的双层朝向处理方法.在理论层上,依据角动量约束构建出朝向旋转方程,在计算路径过程中综合考虑个体期望方向、角速度约束、外部干扰转动等因素,计算个体朝向的初值;在数据层上,采用朝向过滤技术对初值进行处理,并在四元素空间内进行球面插值,最终生成群体的运动朝向.实验结果证明,该方法能实时地计算出自然平滑的高密度群体朝向数据.     

一种基于应力矩阵的无人机集群队形变换控制方法

针对复杂环境下无人机集群队形变换与编队控制问题,提出一种可抑制外部干扰的无人机集群队形变换策略,设计基于滑模的编队控制方法.首先,考虑无人机集群中存在多个领导者,提出一种“双层领导者-跟随者”无人机集群协同队形变换控制策略,实现障碍环境下的编队队形变换;然后,基于图论、一致性理论和滑模控制理论设计针对无人机集群存在外部干扰条件下的从机时变编队控制律,能够实现无人机编队按几何参数和几何图案连续变化;其次,通过构造Lyapunov函数证明在扰动条件下多领导者无人机集群系统队形变换的稳定性;最后,利用数值仿真验证所提出队形变换控制方法的有效性.