基本信息
- 项目名称：
- 基于OpenGL的自组织鱼群仿真系统的设计与实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目主要利用软件工程方法论，设计一款鱼群仿真系统。鱼群仿真并不是传统意义上的给每条鱼路径，而是给每条鱼设计一个类，该类具有识别环境的能力，并且具有一些运动规则可以针对环境改变自己的行动，利用这种自组织的智能，使得鱼群系统能够不受任何控制的自组织运行，来模拟真实的鱼群行为。
- 详细介绍：
- 本设计是在Craig Reynolds提出的Boid模型基础上发展而来，实现Boid模型的避免碰撞、速度匹配、向中心靠拢的规则，并在此基础上加入了趋向食物、平行移动、自由游弋规则。个体的性格因数采用了一定范围内的随机赋值，可以更好地体现出种群行为的复杂性。同时还归结出视距、视角、个体间距、安全距离、警戒距离等参数供观察者调节，配合性格因数的调节，可以使群体系统在不受任何控制的情况下自组织运行，模拟不同群体行为。本设计还增加了个体坐标系，可以更准确地限制个体在不同方向上的最大加速度和最大速度，提高真实性。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本设计目的在于总结鱼群的群体运动规律，提炼它们的运动参数，最后用以模拟鱼群甚至其它种群的运动效果。 基本思路：给每条鱼设计一个类，该类具有识别环境的能力，在当前的环境状态下通过运动规则决定自己下一步的加速度。每条鱼只决定自身的行动方式，全部鱼合起来就能达到模仿鱼群的效果。由C++语言实现，利用OpenGL作为图形接口，显示效果流畅。
科学性、先进性及独特之处
- 主要利用软件工程方法论，设计一款鱼群仿真系统。鱼群仿真并不是传统意义上的给每条鱼路径，而是给每条鱼设计一个类，该类具有识别环境的能力，并且具有一些运动规则可以针对环境改变自己的行动，利用这种自组织的智能，使得鱼群系统能够不受任何控制的自组织运行，来模拟真实的鱼群行为.
应用价值和现实意义
- 鱼群仿真并不是传统意义上的给每条鱼路径，而是给每条鱼设计一个类，该类具有识别环境的能力，并且具有一些运动规则可以针对环境改变自己的行动，利用这种自组织的智能，使得鱼群系统能够不受任何控制的自组织运行，来模拟真实的鱼群行为。
学术论文摘要
- 看似毫不相关的群体都具有相同的特征，例如成群的鸟、鱼或浮游生物，即相对简单的个体在没有一个集中控制的情况下，通过相互作用产生复杂的群体行为。许多领域的专家已经对这些问题进行了长期、深入的研究，并建立了一些基本仿真模型。 本设计是在Craig Reynolds提出的Boid模型基础上发展而来，实现Boid模型的避免碰撞、速度匹配、向中心靠拢的规则，并在此基础上加入了趋向食物、平行移动、自由游弋规则。个体的性格因数采用了一定范围内的随机赋值，可以更好地体现出种群行为的复杂性。同时还归结出视距、视角、个体间距、安全距离、警戒距离等参数供观察者调节，配合性格因数的调节，可以使群体系统在不受任何控制的情况下自组织运行，模拟不同群体行为。本设计还增加了个体坐标系，可以更准确地限制个体在不同方向上的最大加速度和最大速度，提高真实性。 经过实验，通过改变控制参数可以仿真不同种群的群体行为，同时也给出了鱼群、鸟群、昆虫群的示范参考参数，其它应用人员可利用本系统及其提供的参数设计各种群体行为动画。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 段晓东，王存睿，刘向东. 粒子群算法及其应用[M].沈阳：辽宁大学出版社，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.
同类课题研究水平概述
- 随着计算能力的普及，生物群体行为的仿真可以不利用方程，而是通过对个体行为准则的模拟进行建模，许多领域的专家已经对这种相互作用产生复杂的群体行为进行了长期、深入的研究，并建立了一些基本仿真模型。 但本项目设计的这款鱼群仿真系统并不是传统意义上的给每条鱼路径，而是基于著名的鸟群仿真模型——Boid模型，将每条鱼设计为一个独立的Agent类，该类具有识别环境的能力，并且具有一些运动规则可以针对环境改变自己的行动，利用这种自组织的智能，使得鱼群系统能够不受任何控制的自组织运行，来模拟真实的鱼群行为，更真实、更准确。经过实验，通过改变控制参数可以仿真不同种群的群体行为，同时也给出了鱼群、鸟群、昆虫群的示范参考参数，其它应用人员可利用本系统及其提供的参数设计各种群体行为动画。
