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基本信息
- 項目名稱：
- 基于OpenGL的自組織魚群仿真系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 本項目主要利用軟件工程方法論，設(shè)計一款魚群仿真系統(tǒng)。魚群仿真并不是傳統(tǒng)意義上的給每條魚路徑，而是給每條魚設(shè)計一個類，該類具有識別環(huán)境的能力，并且具有一些運動規(guī)則可以針對環(huán)境改變自己的行動，利用這種自組織的智能，使得魚群系統(tǒng)能夠不受任何控制的自組織運行，來模擬真實的魚群行為。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計是在Craig Reynolds提出的Boid模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來，實現(xiàn)Boid模型的避免碰撞、速度匹配、向中心靠攏的規(guī)則，并在此基礎(chǔ)上加入了趨向食物、平行移動、自由游弋規(guī)則。個體的性格因數(shù)采用了一定范圍內(nèi)的隨機賦值，可以更好地體現(xiàn)出種群行為的復(fù)雜性。同時還歸結(jié)出視距、視角、個體間距、安全距離、警戒距離等參數(shù)供觀察者調(diào)節(jié)，配合性格因數(shù)的調(diào)節(jié)，可以使群體系統(tǒng)在不受任何控制的情況下自組織運行，模擬不同群體行為。本設(shè)計還增加了個體坐標(biāo)系，可以更準(zhǔn)確地限制個體在不同方向上的最大加速度和最大速度，提高真實性。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本設(shè)計目的在于總結(jié)魚群的群體運動規(guī)律，提煉它們的運動參數(shù)，最后用以模擬魚群甚至其它種群的運動效果。 基本思路：給每條魚設(shè)計一個類，該類具有識別環(huán)境的能力，在當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)下通過運動規(guī)則決定自己下一步的加速度。每條魚只決定自身的行動方式，全部魚合起來就能達(dá)到模仿魚群的效果。由C++語言實現(xiàn)，利用OpenGL作為圖形接口，顯示效果流暢。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 主要利用軟件工程方法論，設(shè)計一款魚群仿真系統(tǒng)。魚群仿真并不是傳統(tǒng)意義上的給每條魚路徑，而是給每條魚設(shè)計一個類，該類具有識別環(huán)境的能力，并且具有一些運動規(guī)則可以針對環(huán)境改變自己的行動，利用這種自組織的智能，使得魚群系統(tǒng)能夠不受任何控制的自組織運行，來模擬真實的魚群行為.
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 魚群仿真并不是傳統(tǒng)意義上的給每條魚路徑，而是給每條魚設(shè)計一個類，該類具有識別環(huán)境的能力，并且具有一些運動規(guī)則可以針對環(huán)境改變自己的行動，利用這種自組織的智能，使得魚群系統(tǒng)能夠不受任何控制的自組織運行，來模擬真實的魚群行為。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 看似毫不相關(guān)的群體都具有相同的特征，例如成群的鳥、魚或浮游生物，即相對簡單的個體在沒有一個集中控制的情況下，通過相互作用產(chǎn)生復(fù)雜的群體行為。許多領(lǐng)域的專家已經(jīng)對這些問題進行了長期、深入的研究，并建立了一些基本仿真模型。 本設(shè)計是在Craig Reynolds提出的Boid模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來，實現(xiàn)Boid模型的避免碰撞、速度匹配、向中心靠攏的規(guī)則，并在此基礎(chǔ)上加入了趨向食物、平行移動、自由游弋規(guī)則。個體的性格因數(shù)采用了一定范圍內(nèi)的隨機賦值，可以更好地體現(xiàn)出種群行為的復(fù)雜性。同時還歸結(jié)出視距、視角、個體間距、安全距離、警戒距離等參數(shù)供觀察者調(diào)節(jié)，配合性格因數(shù)的調(diào)節(jié)，可以使群體系統(tǒng)在不受任何控制的情況下自組織運行，模擬不同群體行為。本設(shè)計還增加了個體坐標(biāo)系，可以更準(zhǔn)確地限制個體在不同方向上的最大加速度和最大速度，提高真實性。 經(jīng)過實驗，通過改變控制參數(shù)可以仿真不同種群的群體行為，同時也給出了魚群、鳥群、昆蟲群的示范參考參數(shù)，其它應(yīng)用人員可利用本系統(tǒng)及其提供的參數(shù)設(shè)計各種群體行為動畫。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1] 段曉東，王存睿，劉向東. 粒子群算法及其應(yīng)用[M].沈陽：遼寧大學(xué)出版社，2004. [2] Craig Reynolds. Boids[EB/OL]. [3] Craig Reynolds. Flocks, Herds, and Schools:A Distributed Behavioral Model [EB/OL]. [4] Craig Reynolds. Steering Behaviors For Autonomous Characters [EB/OL]. [5] Craig Reynolds. Individual-Based Models [EB/OL]. [6] Agha. A Model of Concurrent Computation in Distributed Systems. Massachusetts:The MIT Press，1986. [7] Braitenberg. Vehicles:Experiments in Synthetic Psychology[M]. Massachusetts:The MIT Press，1984. [8] Marion, A., ìArtificially Motivated Objects [M]. ACM SIGGRAPH art show, 1985. [9] Moon, D. A., ìObject-oriented Programming with Flavors[C]. Proceedings of the First Annual Conference on Object-Oriented Programming Systems, Languages, and Applications, ACM, 1986.
同類課題研究水平概述
- 隨著計算能力的普及，生物群體行為的仿真可以不利用方程，而是通過對個體行為準(zhǔn)則的模擬進行建模，許多領(lǐng)域的專家已經(jīng)對這種相互作用產(chǎn)生復(fù)雜的群體行為進行了長期、深入的研究，并建立了一些基本仿真模型。 但本項目設(shè)計的這款魚群仿真系統(tǒng)并不是傳統(tǒng)意義上的給每條魚路徑，而是基于著名的鳥群仿真模型——Boid模型，將每條魚設(shè)計為一個獨立的Agent類，該類具有識別環(huán)境的能力，并且具有一些運動規(guī)則可以針對環(huán)境改變自己的行動，利用這種自組織的智能，使得魚群系統(tǒng)能夠不受任何控制的自組織運行，來模擬真實的魚群行為，更真實、更準(zhǔn)確。經(jīng)過實驗，通過改變控制參數(shù)可以仿真不同種群的群體行為，同時也給出了魚群、鳥群、昆蟲群的示范參考參數(shù)，其它應(yīng)用人員可利用本系統(tǒng)及其提供的參數(shù)設(shè)計各種群體行為動畫。
