魚類群體行為特性分析及應(yīng)激仿真技術(shù)研究.pdf

1、在大自然中，經(jīng)常會(huì)有很多性質(zhì)相同的群體，比如:蜜蜂，鳥類，人類，螞蟻等，這些群組通常若干個(gè)體組合而成，這種臨時(shí)或者永久組合的群體本身代表的概念指自組織過程。這個(gè)團(tuán)體中的個(gè)體可以彼此相互作用，但是個(gè)體的有限的運(yùn)動(dòng)和視覺能力可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)復(fù)雜的群體行為。這種復(fù)雜的群體行為，特別是個(gè)體之間的互動(dòng)現(xiàn)象吸引了許多領(lǐng)域的科學(xué)家的注意力，在過去的幾十年里研究群體行為和仿真可視化模擬已經(jīng)逐漸成為一個(gè)熱門話題。
　　由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者在實(shí)地

2、觀察和實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)，還利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和仿真可視化研究，這種方法已成為一種重要的研究手段。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)魚類群體行為的仿真研究，可以真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)世界中魚類集群現(xiàn)象，探索魚群聚集在一起所遵循的規(guī)則。通過計(jì)算機(jī)仿真方法可以表現(xiàn)魚類的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、習(xí)性和行為，能夠幫助人們更直觀的了解海洋生物、認(rèn)識(shí)海洋生物。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中研究和掌握魚的群體行為特性，能為養(yǎng)殖者提供有價(jià)值的信息，但是目前對(duì)魚的群體行為的特性以及仿真技術(shù)研究仍然處于初

3、級(jí)階段。
　　本文選取具有集群習(xí)性并且對(duì)光照敏感的鯽魚作為研究對(duì)象，對(duì)其群體運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行初步探索研究，同時(shí)研究在實(shí)驗(yàn)室條件下，對(duì)魚類群體行為的記錄及數(shù)據(jù)提取和圖像處理技術(shù)，并借鑒經(jīng)典的魚群數(shù)學(xué)模型—Boids模型，嘗試建立魚群運(yùn)動(dòng)模型并且應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)仿真可視化，幫助對(duì)魚群運(yùn)動(dòng)行為特性進(jìn)行分析和提取。本文主要包括以下三大部分:
　　(1)魚群行為數(shù)學(xué)模型及仿真可視化。首先，假設(shè)魚的視覺范圍，并通過設(shè)定不同的視覺范圍能力來

4、研究其對(duì)群體聚集行為的影響;其次，通過計(jì)算機(jī)編程仿真模擬魚群群聚常見的三種行為形態(tài):平行狀態(tài)、圓環(huán)狀態(tài)、無序狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)這三種狀態(tài)之間的自然轉(zhuǎn)換，符合自然界魚群群聚現(xiàn)象;最后，模擬實(shí)現(xiàn)了魚群在遇到外來者侵襲狀態(tài)下的空間分布形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化:各自集群—驅(qū)趕追逐—合攏并入—爆炸式擴(kuò)散—各自集群;
　　(2)魚類群體游泳行為圖像處理技術(shù)初步研究。通過研究魚類行為軌跡跟蹤系統(tǒng)軟件，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)采集的視頻圖像進(jìn)行分析處理，最終