本發明公開了一種群體隊形快速變換的控制方法，包括步驟：為待操作群體在預設邊界內進行個體位置采樣；計算所述待操作群體中各個體從源點到目標點的最短路徑；計算所述待操作群體各個體之間的相互作用力；根據所述各個體最短路徑及各個體之間的相互作用力進行群體隊形的運動控制。本發明本發明利用CVT技術實現群體在約束形狀中的均勻采樣布局，且通過隊形變換總體移動路徑優化算法實現個體的運動路徑規劃和碰撞避免，實現群體隊形的快速變換控制，以形成均勻的群體隊形分布、高效的隊形個體運動匹配計算和平滑的隊形變換，其隊形變換控制更加高效、準確。

技術領域

本發明涉及隊形控制技術領域，尤其涉及一種群體隊形快速 變換的控制方法。

背景技術

群體動畫仿真是計算機圖形學研究領域中一個重要的研究 方向，得益于計算機軟硬件技術的飛速發展，尤其是GPU渲染技 術的不斷提高，對于大規模群體運動的實時仿真技術的研究越來 越成為虛擬現實和計算機圖形學領域的研究熱點之一。其中群體 隊形控制被廣泛運用于影視動畫、軍事演練、城市規劃、藝術體 育、電子游戲等領域。同時，隊形控制已經成為多機器人系統 (Multi-robot System，MRS)研究領域中最重要的問題之一，隊形控制在工業、軍事、航空等領域具有十分廣泛的應用前景。 大型群體隊形展示，如無人機表演，需要快速高效的計算群體隊 形變換并規劃個體運動路徑，目前的群體隊形變換控制過程復雜、 計算量大且難以準確實現快速隊形變換操作。

例如公開號為CN108594853A的國內專利公開了一種無人機 隊形控制方法，包括隊形生成步驟，所述隊形生成的方法如下： 各無人機在接收到目標基準隊形信息后，按著約定的時間進行隊 形變換，首先各無人機在趨近操作的引導下飛向離自己最近的目 標編隊位置，同時，編隊內各成員基于有限探測范圍的機載探測 系統或局域網通信獲取周圍其它無人機的位置和速度，對信息進 行處理和利用，然后在虛擬分配操作下生成各自的目標編隊位置， 并朝向其飛行，最后在自適應調整操作的引導下確定最終的目標 編隊位置，并朝它飛行，使無人機集群形成目標基準隊形。所述 方法使無人機編隊成員不需已知全局信息，即可生成任意隊形， 并且可異步觸發，可避免碰撞，即使當前通信短時中斷也能憑記憶實施隊形控制。但是，該方案控制過程復雜，且沒有考慮個體 之間作用力及最短路徑規劃，影響隊形變換控制的效率。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種群體隊形快 速變換的控制方法,可以實現群體隊形的快速變換控制，以形成均 勻的群體隊形分布、高效的隊形個體運動匹配計算和平滑的隊形 變換。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種群體隊形快速變換的控制方法，包括步驟：

為待操作群體在預設邊界內進行個體位置采樣；

計算所述待操作群體中各個體從源點到目標點的最短路徑；

計算所述待操作群體各個體之間的相互作用力；

根據所述各個體最短路徑及各個體之間的相互作用力進行群 體隊形的運動控制。

優選的，還包括步驟：

基于質心Voronoi結構和L-bfgs算法為群體在預設邊界內進 行個體位置采樣。

優選的，還包括步驟：

建立Voronoi質心圖，所述Voronoi質心圖由Voronoi多邊 形結構組成；

初始化n個種子點位置對于每一個點x_i(i＝1,…,n),計算與之 對應的voronoi區域V_i，Voronoi結構Vi的數學表達式為：