建筑内外通行空间与多主体流线生成算法研究

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lin820306
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多主体(Agent)技术是人工智能的重要发展方向之一,将其运用于建筑流线的生成已成为最优的选择。本课题主要分为两大部分,前一部分生成主体需要的通行特征空间,后一部分进行主体设计,使它们具有和人类相似的行走行为。背景网格是主体实际通行的环境,可以看作轴线的加密,主体通行空间采用0.1米网格。算法研究的房间对象为平面多边形,文中称为空间气泡,取自建筑方案构思时的功能气泡图。对于曲线空间,可用多个矩形空间近似替换。(1)研究了空间气泡的算法。自动切割墙段的格栅算法可用于对建筑图纸的扫描,根据扫描像素点的黑白,转换为建筑结构数据。背景网格点的值有丰富的含义,可采用国家BIM标准编码表达实体空间的事物。将边定义为有向边,分析了无重复路段的通行策略,从而自动划分出墙体围合成的封闭空间。根据门的区位特征,将门也定义为有向门,改变通行起点和标记岔路特征,从而自动划分特定的功能区空间。空间气泡的平滑算法也得到了研究,在此基础上,研究了气泡连续分裂算法,定义了空间气泡的和差运算,用于人机交互过程中快速得到房间初步排列图。(2)研究了空间通行特征矩阵。通行路径中的虚拟门,它附在通行小气泡上,同一小气泡上的虚拟门可直线通行。在封闭空间中,两侧都存在同向拐点的线段是通行小气泡最好的生成部位,采用从最细微的地方开始生成的填牙缝策略。小气泡生成时做旋转运动绕到最佳方位,定出五类相关的高低点,采用就低不就高的原则生成虚拟通行门。类似于有限单元法求解,通行小气泡就相当于有限单元,建立小气泡特征点的关系矩阵,从而扩展到全部通行空间。建立空间通行特征矩阵是解决复杂空间通行问题的基础。如果因拥堵而绕道,需重新构建空间通行特征矩阵。(3)研究了立体通行模型的最优路径求解。运用邻接矩阵迭代求解总体最短路径,细分为两大步。第一大步最后收敛的迭代步数为网络的总长度,而第二大步收敛的情况反映了网络中不对称的程度。采用深度优先搜索给出所有的最短路径。分支点的序号信息使得“进退有序”,搜索过的分支需立即删除。在分支点的搜索排序使得搜索更加高效,并避免陷入纺锤状局部小网的陷阱中。大的通行小气泡,特征点比较稀疏,造成路径线条突兀拐弯严重。需加上通视的改进。本文提出了在格栅中让视线离散化的方法。通过在门中所有可通行位置的平滑迭代寻优,再加入往返程校核,使得最短路径有了本质的改进。通行网络相继故障造成总体路径长度的三种变化,巨幅极值降低故障点往往为网络中最重要的社团之间的连接节点,而极值增加故障点处于最大的环路上,没有变化的故障点本身为封闭的节点。总体路径长度增加的极值取决于环的数量和大小。(4)研究了主体通行的描述方法。主体身体用一个线圈代表,占据了背景网格上的部分网格点。程序里的主体是个对象的实例,占据了物理存储介质。不同主体代表不同实例,拥有自己的属性和方法。按照国家BIM标准,建筑内外空间发生的所有建设行为及所有实体要素都可编码,将编码赋给网格点值,表示该处空间已被此实体要素占据。在碰撞检测时,返回编码,主体可采取不同的行为。绕行决策是灵活地采用顺时针还是逆时针绕行。(5)模拟了主体常态通行和应急态通行。如果24小时不间断运行程序,需要建立行动时志,通过它可以复原当时场景。主体分独自通行和跟随通行,后者为在行动组长的带领下活动。虚拟建筑世界中的主体组成一个微型人工社会。当人工社会中发生应急事件时,事发区域的主体需要疏散到安全地。疏散速度主要取决于人群的密度、出口宽度和数量。带路人的有效带领也是个影响因素。(6)研究了功能区内房间排列的多主体实验方案。食物链为交通廊道,食物池为楼内的大小厅。当所有房间主体都在进食时,它们的排列即为房间布局。加入传统文化特色。将房间和周边的环境要素视为具有感知能力的主体,这些主体设定五行比例,喜相生而恶相克,使主体模拟的内容丰富化。
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