人工魚(yú)的智能行為控制研究.pdf_第1頁(yè)
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1、人工生命是由信息及生命等多種領(lǐng)域?qū)W科交互后的產(chǎn)物,它是21世紀(jì)最熱門(mén)的研究方向之一。人工生命主要是以自然生命作為研究對(duì)象,以模擬自然生命過(guò)程機(jī)理作為主要研究?jī)?nèi)容,并且以擴(kuò)展自然生命特性作為研究的終極目標(biāo)。采用人工生命的手段再現(xiàn)自然生命特性,不僅幫助人們更好地了解自然以及最終受益于自然,而且能夠?qū)ρ芯孔匀粍?dòng)畫(huà)及智能機(jī)器人等相關(guān)領(lǐng)域提供借鑒作用,由此可見(jiàn)人工生命的研究具有不可估量的重大意義。
  基于軟件的虛擬自然生物是人工生命的一個(gè)

2、重要研究分支,即通過(guò)對(duì)自然生物進(jìn)行行為建模,利用計(jì)算機(jī)等設(shè)備再現(xiàn)生物行為。但是,當(dāng)前在生物行為建模中仍存在著一些不足之處:(1)目前生物行為決策模型僅將其周圍外部環(huán)境信息作為其行為決策依據(jù),忽略其自身內(nèi)部狀態(tài)信息,并默認(rèn)其內(nèi)部狀態(tài)為理想情況。(2)已有研究者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明生物的行為決策與其自身情感狀態(tài)密切相關(guān),而當(dāng)前的行為決策模型都忽視生物情感這一重要特性。(3)生物的集群過(guò)程是個(gè)體間不斷交互的過(guò)程,交互個(gè)體的選擇方式對(duì)生物集群行為具有重

3、大影響,但當(dāng)前模型都采用基于半徑R的方式選擇交互個(gè)體,采用此方式不僅使交互個(gè)體數(shù)量受距離 R所限制,而且缺乏相關(guān)生物理論依據(jù)。(4)當(dāng)前眾多模擬實(shí)驗(yàn)僅在一維空間中對(duì)生物模型進(jìn)行構(gòu)建,但在一維空間中構(gòu)建生物模型勢(shì)必會(huì)忽略生物的轉(zhuǎn)向以及碰撞等相關(guān)問(wèn)題。
  由于魚(yú)類的行為模式與其它自然生物相類似,在自然生物界具有一定代表性,因此本論文以涂曉媛[1]博士建立的人工魚(yú)作為研究對(duì)象,以生物科學(xué)以及其它相關(guān)學(xué)科的有關(guān)研究成果作為研究理論依據(jù),

4、以生物智能以及人工生命的理論和方法作為研究手段,將人工生命以及生物智能行為合理地整合起來(lái),研究虛擬人工魚(yú)的智能行為控制方法,最后構(gòu)建出具有高度符合自然生態(tài)角色的人工魚(yú)智能行為仿真動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)。本論文的工作主要包含以下幾個(gè)方面:
  (1)研究個(gè)體人工魚(yú)的行為控制方法
  本文以魚(yú)類具有情感特性以及情感影響生物行為決策能力為依據(jù),在傳統(tǒng)人工魚(yú)行為框架中引入情感因素,提出一種基于情感的個(gè)體人工魚(yú)行為控制模型。首先,以人工情感為理論依

5、據(jù),建立模糊情感推理模型;其次,將模糊情感推理模型與 CMAC(Cerebellar Model Articulation Controller)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,建立一種混合模型,以此進(jìn)行行為決策;最后,依據(jù)行為決策提出一種基于權(quán)值的人工魚(yú)路徑選擇策略。
 ?。?)研究群體人工魚(yú)的行為控制方法
  針對(duì)目前生物集群行為模型在設(shè)計(jì)交互個(gè)體機(jī)制上的缺陷,本文提出一種基于拓?fù)渚嚯x的人工魚(yú)集群行為模型。首先,以Ballerini[2

6、]等人的研究成果作為理論依據(jù),采用拓?fù)渚嚯x的方式選擇交互個(gè)體,并對(duì)交互個(gè)體數(shù)量進(jìn)行限制;其次,為生物個(gè)體劃分一個(gè)同步區(qū)域,采用先聚攏后同步的集群策略模式;最后,根據(jù)模擬集群行為過(guò)程中易產(chǎn)生穿透現(xiàn)象的缺陷,從系統(tǒng)開(kāi)銷以及應(yīng)用場(chǎng)景角度出發(fā),提出一種碰撞處理方案。
  (3)虛擬環(huán)境下人工魚(yú)智能行為仿真動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
  本文將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)知識(shí)作為理論基礎(chǔ),并結(jié)合OpenGL圖形庫(kù)與C++編程語(yǔ)言,在Visio Studio

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