公共建筑中人流模拟的“互联网+”方法

In this study, as the correct percentage of dynamic crowd prediction is concerned, a “black-box” approach is proposed against the existing computational modeling approach of crowd simulation for public buildings. In the new approach, future users of a public building take wayfinding tasks through a remote virtual reality platform over internet in an early stage of design. The statistical analysis on their wayfinding records serves as the best prediction of the design. The fixed sample space and wayfinding records in the computational simulation model is now replaced with the right design and lively true users’ wayfinding results, which is a perfect reflection of the “internet-plus-based approach”. The study has to deal with how to build a knowledge system on common sense logic of running programs and wayfinding tasks in public buildings, how to build a proper interaction paradigm for such a remote virtual wayfinding task, and how to build a system to encourage users’ involvement. The new approach is expected to provide a much better prediction and to raise new market through the mixture of virtual and real public buildings.

本研究针对公共建筑设计中，现有计算机人流模拟方法在预测正确率方面的发展瓶颈与问题，提出了一种基于“黑箱”思路的新方法，即未来公共建筑的使用者通过各种信息通讯技术，在建筑师对其设计进行人流运动特征预测的早期设计阶段，就主动地从远程认领并完成虚拟寻路任务，大量这样的寻路结果组成了针对该设计的、最为逼真的人流运动特征预测结果。现有基于固化的空间与样本的计算机模拟模型，被可更替的虚拟目标空间与无数鲜活的真实使用者的远程联网漫游过程所替代——充分体现了“互联网+”时代的创新理念。研究在相关领域成果的基础上，尚面临三大关键创新难点：构建常见公共建筑有关运行内容与寻路任务的知识系统、创建虚拟建筑空间中的使用者在执行寻路任务时的互动范式、摸索大众参与公共建筑早期设计阶段的激励共赢机制。项目完成后将大幅提高人流运动特征预测的正确率；模糊公共建筑实体空间与虚拟空间的分界，激发新的经济增长点。

课题围绕“如何让成千上万的潜在使用者，通过互联网等日常信息通讯技术平台，主动提供各人真实的空间运动过程？”该科学问题展开。.传统计算机人流模拟研究采用“寻路决策变量理论假设、寻路路径观察或采样、寻路决策数学模型构建、目标建筑演算”的“白箱”策略。其关键在于对寻路者在任意空间位置的后续前进方向进行预测的数学概率模型。其固有弱点有二：支撑理论的观察或采集实验所在的建筑空间与目标建筑空间之间的差异、行为的个体间及自身多样性。因此，实际无法得到“完美”的概率模型。那么在模拟寻路者的沿途反复运用“不完美”概率模型时，随着运用次数的增加，后期预测会继承并放大早期预测的误差，最终造成整条路径的偏差。且越是大型公共建筑（寻路难度越大、人群越多样、路径越长）误差就越大。.而本课题通过在线虚拟漫游实验平台，直接获取在虚拟的目标建筑中的大量真人寻路路径，实现对该建筑中人流特征的定量化、可视化分析，绕开传统方法的数学建模瓶颈，提高对目标公共建筑内人流预测的正确率。.课题组以上海浦东国际机场卫星厅开航前、开航后2年的人流模拟需求为契机，先后完成了面向互联网的低细节程度三维模型与全景图融合搭建与漫游技术、虚实环境下寻路路径一致性验证、用真人路径逐步替代模拟路径的周边虚拟人群布控技术、基于样本建筑内运行内容的寻路任务自动生成，虚拟寻路任务中各种互动范式的设计与优化、构建并践行了利用互联网应用激励机制，72小时内完成了13712人次大规模数据采集。.主要成果是，提出并验证了基于在线虚拟寻路路径采集与本地模拟结果展示系统的“采集即模拟”黑箱人流模拟策略（采集发生在目标建筑内，且得到完整的真人路径），绕开了上述数学建模的两个固有弱点。这为提高大型公共建筑人流模拟的正确率，提高设计质量与安全性，催生新的咨询服务模式开辟了道路。