随着社会不安定因素的增多,突发安全事件特别是国内群体性事件的频繁发生给社会造成了巨大破坏和人员伤亡。在此背景之下,提高应对突发事件的能力对于保障公共安全具有重要意义。利用计算机仿真技术对人群行为进行仿真研究,从而为具有军事应用背景的人群管理控制决策提供技术支持,已经成为近年来的研究热点。论文以群体性事件作为代表性的军事应用背景,针对当前虚拟人群行为仿真中面临的行为模型真实性差、单一模型不能够真实模拟人群行为现象、人群行为仿真框架适用性差等问题,兼顾群体性事件对人群行为模型的实际需求。分别从人群行为仿真框架设计、独立个体的导航行为、各种类型的组行为生成、群体性事件中的组控制行为等方面,开展虚拟人群行为仿真关键技术研究,提出了相应的控制策略和模型,并对传统的算法进行了改进,主要研究内容概括如下：一、论文首先对虚拟人群行为建模相关技术及应用的国内外研究现状进行了概述,对不同方法的优缺点进行了分析、比较,提出以群体性事件为应用背景开展人群行为仿真研究,将群体性事件中的人群分为平民和士兵,其中平民又由独立个体和组构成。从而提出分别对人群中的不同构成成分进行行为建模,以期建立逼真的人群行为模型。二、对于人群行为仿真框架设计问题,在多智能体体系结构的基础上,将基于行为的智能体体系结构和慎思式智能体体系结构相结合,提出一种行为／认知混合式体系结构。此体系结构不仅能设计明显不同于反应式规则的、复杂的单个行为,还能够通过在行为模块中加入一定程度的规划从而生成更复杂的行为模块,因此能对非结构化的环境进行很好的处理,实现复杂的高层规划和对环境变化的快速反应二者优势互补。行为/认知混合式控制结构由于建立在基于行为的系统设计框架之上,因此具有比慎思/反应式混合体系结构或单纯采用基于行为的结构更大的优势,也更适合于对人群行为的仿真建模。同时在我们设计的体系结构中,实现了全局规划和局部行为的结合、宏观行为和微观行为的结合、数据驱动方法和模型驱动方法的结合,从而能够支撑产生更为真实的人群行为模型,也极大地提高了人群行为仿真框架的适应性和可扩展性。三、对于独立个体的导航行为生成问题,为提高虚拟人运动轨迹的逼真自然性,必须使虚拟人的轨迹满足平滑性、多样性以及具有最大速度和加速度约束。首先对PRM (probabilistic roadmap)算法的采样策略进行了适应性修改,提出将非均匀采样和bridge-test采样策略相结合作为虚拟人的路径点采样策略。利用解耦式轨迹规划方法,提出一种具有最大速度和加速度约束的多样性轨迹设计策略。同时,为了提高避碰行为的真实性,提出利用虚拟人的社会学角色参数和个性参数改进避碰行为模型,从而根据不同的虚拟人内在属性生成多样性的避碰行为。四、针对组行为生成问题,分别对平民组行为和士兵组行为进行研究。提出将可视-Voronoi图用于组运动路径的生成,进而利用平滑方法、多样性轨迹生成策略以及修改评价函数三种方式产生组的运动轨迹,使组运动轨迹满足四个方面的需求,即组的轨迹与障碍间应具有所设定的间隙、组的路径应尽量短、具有平滑性和多样性。针对非一致性平民组,基于分布式控制算法,对基本组行为进行了分析,进而提出了一种具有多个leader和全局轨迹约束的组行为生成方法。设计了一个两步骤控制策略：第一步通过在支撑轨迹上设置一个可移动的“假想领导者”使组中所有领导智能体的中心满足全局轨迹的约束；第二步利用所有领导智能体带领所有跟随智能体,从而将组中所有跟随智能体的中心满足全局轨迹的约束。将这两个步骤相结合,最终实现组中心满足全局轨迹的约束。另外,通过在障碍的边界引入一类“假想的β智能体”,增加组对环境中任意障碍的避碰能力。针对群体性事件应用背景,对一致性平民组和士兵组行为进行了研究,提出利用组外形保证组的一致性,并且使得组外形根据环境状态和全局轨迹的曲率变化而产生灵活的修正。提出利用组外形结合组队形对具有严格队形约束的士兵组行为进行模拟,在此过程中,利用组外形和期望队形在初始队形和目标队形间构建一个队形关键帧序列,使得组中的所有士兵智能体沿全局轨迹从位于初始区域的初始队形运行至位于目标区域处的目标队形。一方面既保证了个体间不发生碰撞,另一方面又保证了组队形尽量与期望队形接近以及组队形的灵活性。提出的组行为生成方法能够生成人群行为仿真中的各种组行为,满足了日常生活和群体性事件中对组行为的需求。五、为了实现日常人群管理和对骚乱人群的控制,针对组控制问题,提出了一种改进的shepherding行为。根据已有shepherding行为的不足,引入具有最大速度和最大加速度约束的时间最优轨迹规划方法,生成控制智能体的运动轨迹,使得控制智能体在满足最大速度和最大加速度约束的前提下,尽快运动至目标位置,从而对人群进行更有效的管理和控制。六、最后进行了数据和模型混合驱动的虚拟人群行为仿真系统开发及其应用研究。以现有的虚拟人应用开发软件为基础,利用数据和模型混合驱动的行为建模思想,我们将基于速度场的行为建模方法和基于智能体的行为建模方法相结合,实现二者的优势互补。以广泛应用的商业软件DI_Guy和Vega Prime软件平台作为可视化渲染输出平台,通过调用底层的SDK动作库函数对虚拟人群进行控制,并以群体性事件想定为例,完成相关应用系统开发,进而检验了本文所做的研究工作。仿真结果表明,本文提出的方法真实地模拟了群体性事件中人群的各种行为,从而为群体性事件中人群的管理、人群行为的分析提供有价值的参考。