近年来由多种社会威胁因素引起的群体性事件频繁发生,严重威胁到国民的人身安全和财产安全,使得专家学者们越来越重视在人群安全和管理领域中的群体行为研究。但是目前对于发生在城市复杂环境下群体性事件的研究成果还不足,国家和政府安全部门仍然需要更为真实有效的人群建模与仿真方法来为人群疏散和管理提供指导性支持。目前,在人群行为仿真的有关研究中仍普遍存在着人群仿真框架适用范围小、行为模型多样性和真实性差以及缺乏对行为进行一定的控制等问题,基于以上背景,本文以虚拟人社会性和智能化角度以及群体性事件对人群仿真的实际需求为出发点,分别从体系结构设计、智能体导航行为、群体性事件中的组行为生成和控制等方面,对虚拟人群的行为建模和控制策略进行了深入研究,并提出了相应的行为模型和改进算法,具体而言,论文的研究内容主要有如下四个方面:(1)本文首先阐述了论文的研究背景和研究意义,并对当前虚拟人群行为建模与控制方法的研究现状进行了概述。在此基础上,采用基于行为的体系结构,对面向群体性事件的人群行为仿真框架进行了详细的研究和设计,分别设计了环境生成器、群体生成器、属性更新器、群组行为生成器和可视化引擎五个框架的基本组成部分,并根据不同的群体类型对群组行为生成器中的基本行为库进行了系统地设计,最终所得到的人群行为仿真框架能够生成更具真实性的人群行为。该仿真框架能够支持在城市环境下维稳群体、平民群体和暴徒群体的行为仿真,为人群仿真中的行为模型和控制算法研究奠定了框架理论基础。(2)对于虚拟人个体导航行为与运动规划问题,本文首先基于概率路径图算法的路径规划方法和碰撞避免行为,研究了虚拟人个体的基本导航行为。在此基础上,对动态环境中的虚拟人导航行为以及一种典型的人群交互行为进行了深入研究。针对具有动态约束的紧急个体导航行为,本文提出了一种沿给定路径的具有加速度-速度限制的最优轨迹规划算法,该方法通过利用速度区间扩展算法计算在状态--时间空间中动态障碍物顶点的可达速度集,来保证产生的轨迹周期最小并且紧急个体不与动态障碍发生碰撞。最后,结合碰撞避免行为和Flocking行为对在具有动态障碍物环境中的人群行为进行了仿真,仿真结果验证了虚拟人导航行为的有效性和所产生人群现象的真实性。(3)对于虚拟人群的组行为生成与运动规划问题,本文将人群组分为一致性组和非一致性组,并分别对它们的行为生成方法进行了研究。针对非一致性组,本文对其分离特性进行了分析,认为成员数大于4的非一致性组在运动过程中会分离为多个成员数为2~4个的小规模组,并设计了两种规则来模拟这些分离后的小规模子组的一致性和粘连性。对于成员数为2~4个的小规模组,本文提出了一种组队形生成与运动规划方法,该方法通过设定一系列的基本队形,并将组当前队形与这些基本队形进行插值计算,生成一系列的候选队形,然后采用碰撞避免算法为每个候选队形计算可选速度集合,最后通过一种改进的评价函数来计算下一仿真时刻的组队形和组速度,进而能够计算得到组中每个成员的实际运动速度。该方法使组成员能够根据环境变换成合适的队形,并且避免与障碍和其它个体的碰撞,最终使组中所有成员到达目标区域。针对具有恒定面积的一致性组,本文提出了一种新的行为生成方法,它将C-L方法与基于中轴采样的随机路径图算法相融合。在预处理阶段,将组离散为用来表示组外形的网格集。然后,通过中轴技术产生一系列的采样点,并采用一种扩充策略将这些采样点扩展成路径图的组外形点。同时,本文采用与期望形状相关的组变形度来改进评价函数。它能够使用户在查询阶段中更为灵活地控制组变形度与组到目标距离之间的权重。最后,通过使用C-L方法和改进的评价函数建立一种新的局部行为规划方法来连接任意两个相邻的组。实验结果表明该方法能够高效地为组规划出合理的行为,并且能够保持组在向目标移动过程中的一致性。(4)对于面向群体性事件的人群组行为控制问题,本文在分析群体性事件中不同类型组行为生成方法的基础上,通过设计和改进概率路径图算法和Shepherding行为,对组行为控制方法进行了研究。针对群体性事件中维稳群体对平民群体和暴徒群体的控制问题,本文对基本Shepherding行为进行了一定改进,在改进的Shepherding行为中增加了与组状态变化有关的控制判断模块,并采用具有速度和加速度约束的虚拟人导航行为来实现控制智能体的approaching行为,使控制智能体能够在满足动态约束的情况下以最短的时间到达steering点,并且对多控制智能体情况下的steering行为进行了一定的改进,从而使改进的Shepherding行为更适用于模拟群体性事件中的控制行为。针对维稳群体保护平民和重要领导人的Protection行为,本文对人群组的分离定义和控制智能体的分配规则进行了分析,并结合改进的Shepherding行为实现了维稳群体将分散的平民群体护送到指定安全区域的行为。最后,通过仿真实验验证了面向群体性事件的人群组行为控制方法的有效性。综上所述,本文所开展的研究能够对具有一定维稳特性环境下的人群行为进行分析和仿真,可以用于辅助训练和提高维稳人员在群体性事件中对各种人群的管控能力,具有一定的应用范围和应用价值。