Agenti cognitivi in Alchemist per la simulazione di evacuazioni di folle

Stato dell’arte

OVERVIEW

1. Modello del pedone cognitivo

   • Modello IMPACT
   • Il pedone cognitivo
   • Movimento del pedone cognitivo

2. Modello di mappa mentale per l’orientamento dei pedoni cognitivi

   • Grafo dell’ambiente e mappa cognitiva

3. Modello fisico del movimento del pedone cognitivo

   • Il modello HiDAC
   • Forze di evitamento e repulsione
   • Cadute e spinte

4. Simulazione Evacuazione di folla in Piazza San Carlo, Torino

Modello del pedone cognitivo

Il modello IMPACT

• Nasce con l’obiettivo di non limitarsi alle sole leggi fisiche nella modellazione di agenti ma considerare le caratteristiche socio-culturali nonche una componente emotiva fortemente infuenzabile.

Ogni agente è contraddistinto da:

• età (bambino, adulto, anziano);
• sesso (uomo, donna).

Il modello IMPACT

• Le combinazioni di questi due attributi determinano un insieme di caratteristiche statiche e dinamiche.

• Le prime si mantengono tali per la durata della simulazione mentre le altre evolvono seguendo i principi del Network Oriented Modelling

Il pedone cognitivo

Esistono tre livelli di dettaglio nella rappresentazione di un pedone:

• Pedone omogeneo: pedone con una velocita predefinita di camminata e di corsa uguale per tutti;

• Pedone eterogeneo: pedone con un sesso e un eta assegnati, dai quali saranno determinate velocità, conformità alle regole e attitudine ad aiutare;

• Pedone cognitivo: pedone eterogeneo con delle emozioni, capace di influenzare e farsi influenzare dagli altri.

Movimento del pedone cognitivo

• I movimenti del pedone cognitivo in Alchemist seguono i comportamenti di steering introdotti da Reynolds.

• Hanno la funzione di muovere in maniera autonoma e realistica gli agenti sui quali non si possiede controllo.

• I comportamenti di steering sono basati sulla semplice formula:

steering = desired_velocity - current_velocity

Modello di mappa mentale per l’orientamento del pedone cognitivo

Mappa mentale del pedone cognitivo

• Struttura che modella la conoscenza spaziale di ciascun pedone, composta di:

  • oggetti: costituiscono tipicamente dei punti di riferimento per il pedone
  • relazioni spaziali: connessioni dirette od indirette tra gli oggetti

• Gli oggetti prendono il nome di landmarks e assieme alle relazioni spaziali costituiscono gli elementi fondamentali per l’orientamento.

Grafo dell’ambiente

• L’ambiente viene modellato mediante un grafo di navigazione G=(V,E)
  • V: poligoni convessi rappresentanti le walkable areas
  • E: rappresentano le connessioni tra aree

Mappa mentale

Grafo dell’ambiente

Modello fisico del movimento del pedone cognitivo

Il modello HiDAC

Modello a forze sociali di riferimento (Pelechano et al.) .

• Considerazioni:

  • Ogni pedone desidera muoversi con una certa velocità in una determinata direzione
  • Nel compiere questo spostamento vuole mantenere una certa distanza dai muri e dagli altri pedoni

• HiDAC prevede:

  • Uno strato di alto livello, equivalente al modello cognitivo introdotto in Alchemist, che individua il prossimo punto che si vuole raggiungere

  • Uno strato di basso livello che aggiusta il punto d’interesse sulla base di vincoli ed interazioni di natura fisica.

Forze di evitamento e di repulsione

• La forza di evitamento è una forza tangenziale con lo scopo di curvare la traiettoria dei pedoni per evitare collisioni tra essi.

• La forza di repulsione entra in gioco quando un pedone si vede occupare la sua area di comfort da un altro pedone

Cadute e spinte

• E’ possibile far emergere comportamenti di spinte attribuendo soglie di spazio interpersonale differenti a ciascun pedone.

• La caduta di un pedone si verifica quando la risultante delle forze di repulsione che riceve è sufficientemente grande da fargli perdere l’equilibrio (es. il modulo della forza supera il modulo della velocità in corsa del pedone)

Simulazione

Evacuazione di folla in Piazza San Carlo, Torino

Descrizione

• In una riproduzione di Piazza San Carlo sono stati posizionati:
  • oltre 40,000 nodi cognitivi di eta e generi diversi.
  • una zona di pericolo nel punto si presumibilmente ha avuto origine l’isteria di massa.

Simulazione

Risultati

Una volta avviata la simulazione è possibile osservare:

• come il panico di diffonda sulla folla per via del contagio sociale.
• I pedoni che hanno avuto esperienza diretta con il pericolo fuggono spingendo coloro che non hanno ancora visto nulla.
• L’onda, simile a quella osservata nei filmati che ritraggono la tragedia realmente accaduta, derivante dalle spinte dei pedoni in fuga.