Prírodou inšpirované algoritmy

Klonový model

Podkapitoly:

Hypotéza
Implementácia
Inicializácia
Simulácia
Efektívnosť
Výsledky

V tejto časti bude popísaný Klonový mozaikový (KM) model pre tvorbu vzorov na kožuchoch cicavcov (Walter et al., 1998). Tento model je založený na rozdelení buniek a interakcii medzi nimi. Môže generovať opakujúci škvrnitý alebo pásikavý vzor, ktorý sa vyskytuje u viacerých druhov cicavcov, hlavne u veľkých mačkovitých cicavcoch a zebrách. Z biologickej perspektívy môžeme model porovnať k pigmentovým bunkám a zvyšným pigmentačným mechanizmom živých organizmov. Z počítačového hľadiska má model využitie v oblasti grafiky, kde nielen simuluje vzory živých zvierat, ktoré môžu byť použité ako textúry, ale aj ľubovolne iný povrch.

Tento model budeme aplikovať pre mačkovité šelmy a žirafy. Ako príklady vzorov nám poslúžia pruhy tigrov a škvrny gepardov. Hlavná myšlienka modelu je tá, že vzory na koži týchto zvierat odzrkadľujú priestorovú architektúru – mozaiku – epitelových buniek, ktoré sú potomkovia len jedného ich predchodcu, resp. sú jeho klony. Odtiaľ aj názov Klonová mozaika (KM). Rozličné zafarbenie srsti je výsledkom rozdielnych typov základových buniek. Model berie ohľad na dôležité súčastné znalosti z biologických experimentov ako napr. pohyb a interakcia medzi epitelovými bunkami. Atraktívnosť modelu z pohľadu počítačovej grafiky je, že dokáže generovať veľké množstvo zvieracích vzorov s relatívne malým počtom parametrov, a to na povrchu ľubovolného tvaru, či ľubovolnej topológie.

KM model je limitovaný nezávislými pravidlami pre jednotlivé bunky. Veľké množstvo vzorov sa dá popísať aj týmto modelom. Pre simulovanie ľubovolného reakčno-difúzneho systému by bolo nevyhnutné zaviesť práve závislosť medzi pravidlami, ktoré pre jednotlivé bunky platia. V biologických systémoch správanie buniek ovplyvňujú chemikálie, ktoré cez ne prechádzajú.