本文關(guān)鍵詞：人工魚(yú)的智能行為控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《上海海洋大學(xué)》 2014年

人工魚(yú)的智能行為控制研究

黃思浩  

【摘要】：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)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?chē)獠凯h(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(lèi)的行為模式與其它自然生物相類(lèi)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)，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(lèi)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。 （2）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]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(xiāo)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 Studio2010環(huán)境下設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于人工魚(yú)行為控制方法的仿真動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別模擬了人工魚(yú)的個(gè)體行為以及群體行為，主要包括人工魚(yú)的捕食、逃逸、集群等常見(jiàn)行為。 本文分別提出了基于情感的人工魚(yú)行為控制模型以及基于拓?fù)渚嚯x的人工魚(yú)集群行為模型，通過(guò)理論分析表明本文提出的人工魚(yú)行為控制方法更好地符合自然生物特性，并利用仿真動(dòng)畫(huà)證明了方法可行性及有效性，為研究人工生物行為提供了新思路。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP13
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：51537