Prírodou inšpirované algoritmy

NerveGarden projekt

Nerve Garden : Verejné terárium v Kyberpriestore

Nerve Garden je súbor prvých hlavných pokusov spojenia umelého života a virtuálneho sveta. Je to pokus postaviť silný sociálny kontext vo vnútri 3D virtuálneho vesmíru. Nerve Garden je navrhovaná ako multi - používateľský biologicky inšpirovaný on-line priestor a eventuálne ho možno prispôsobiť s avatar-ovým sociálnym prostredím. Je to zatiaľ vo vývoji, a tvorcovia privítajú aj vašu účasť.

História projektu

Počas leta 1994, jeden z tvorcov (Damer) navštívil Santa Fe Institute, za účelom diskusie s Chrisom Langtonom a jeho tímom študentov pracujúcich na Swarm projektoch. Počas tejto návštevy sa stali dve šťastné náhody, SFI inštaloval prvý „Mosaic Web browsers“, pomocou ktorého mohli udivený študenti prvýkrát pozerať digitálne videá Karola Simsa - evolujúce block creatures (Sims, 1994) pomocou Web prehliadača (obrázok dole a na internete na http://www.biota.org/conf97/ksims.html). Takto vznikla požiadavka na vytvorenie akejsi chrbtice na internete ako kombináciu distribuovaného rostredia(ako Swarm), kompletnej 3D vizualizácie a základných techník pre simuláciu tvorov, ktorá by mohla vytvoriť veľmi zaujímavý: on-line virtuálny svet v ktorom tisíce užívateľov môžu spolupracovať, experimentovať na poli biologických paradigiem.

Ukážka originálnych evolujúcich tvorov Karola Simsa

Jedna zo skupín špeciálne zameraného spoločenstva nazývaného Biota.org, bola autorizovaná v lete roku 1996 na vypracovanie virtuálneho sveta, s použitím techník založených na poli umelého života. Jej prvým výsledkom bola Nerve Garden, ktorá bola spustená v Auguste 1997 na konferencii SIGGRAPH 97.Tristo návštevníkov Nerve Garden použilo L-systémy a Javu na vytvorenie a vzklíčenie rastlinných modelov do zdieľaného VRML prostredia bežiacom na Internete. Biota.org teraz vytvára nasledujúcu verziu Nerve Garden, ktorá bude obsahovať viac biologických myšlienok, a dúfajú že vytvoria prostredie schopné podporovať výučbu, výskum a spojenie medzi tradičným Alife a ostatnými prístupmi.

Nerve Garden I: architektúra a skúsenosti

Let včely ponad Nerve Garden

Nerve Garden I (obrázok hore) je biologicky - inšpirovaný 3D virtuálny svet prístupný k širokej vrstve používateľov cez protokoly celosvetovej počítačovej siete (Internet) fungujúcich na všetkých hardwarových platformách.

Nerve Garden bol inšpirovaný pôvodnou prácou na Alife Chrisom Langton (Langton 1992), digitálnym ekosystémom nazývaný Tierra od Toma Raya (Ray 1994a) a evolvujúcimi 3D virtuálnymi tvormi od Karola Simsa (Sims, 1994). Zdroje Nerve Garden, jej model práce s L-systémami je od Aristidoma Lindenmayere, Przemyslawa Prusinkiewicza a Radomira Mecha (Prusinkiewicz a Lindenmayer 1992), (Mech a Prusinkiewicz, 1996).

Prvá verzia systému, Nerve Garden I, dovoľuje užívateľom používať Java klient, Germinátor (obrázoky dole) vytvárať ( zobraziť ) 3D rastlinné modely generované L-systémami v 3D prostredí za predpokladu bezprostredných 3D skúseností z rôznych L-systémov rastlín a arthropodných podôb

Germinátor : prostredie Java klienta

Užívatelia posuvnou lištou mohli vytvárať ( zobrazovať ) modely v reálnom čase a pomocou mutátora mohli náhodne zmeniť ľubovoľné pravidlá vytvárajúce L-systém a vytvárať tak rôzne varianty rastlinných modelov. Po vzklíčení viacerých rastlín, účastník vybral jednu, pomenoval ju a preložil ( presadil ) ju do spoločného VRML97 okna scény nazývaného sejacia záhrada (Seeder Garden).

Sejacia záhrada - (Seeder Garden)

Objekt predaný do Seeder Garden obsahuje VRML export z Germinátoru, meno a iné dáta rastliny. Iná Java aplikácia, nazývaná NerveServer, príjme tento objekt, a vykreslí ho na miesto kde bol zaistený voľný 'pozemok' na modely ostrova vo VRML scenegraph-e. Každý ostrov obsahuje niekoľko pozemkov (plots). Účastník môže vybrať, kde sa bude nachádzať pozemok pre jeho, alebo jej rastlinu, je ohraničený červenou guľou ovládanou cez VRML externé autorizované rozhranie (EAI). "Kyber záhradníci" (Cybergardeners) otvoria okno sejacej záhrady (Seeder Garden), navrhnú umiestnenie guľovým ukazovateľom a pripojenú rastlinu zasadia do scény.

Ovládanie pohľadu scenegraph-u je veľmi jednoduché a pripúšťa rôzne uhly pohľadov, vrátane pohyblivého pohľadu spoza animovaného modelu letiaceho hmyzu nekonečne putujúceho ostrovom. Užívatelia môžu pozorovať svoje rastliny, ako včela alebo motýľ prelietajúca ponad ostrov.

Pohľad na ostrov z pohľadu včely.

Cez 10MB zvukov, niektoré z nich tiež generované algoritmicky, vyžarovaných z rôznych objektov na ostrove pridáva na atmosfére reálneho života na ostrove. Pre zvýšenie efektu, bol vytvorený fraktálový VRML systém osvetlení založený na L-systémoch (s vytváraním blesku) občas badateľný na oblohe nad Seeder Garden-skými ostrovmi.

Blesky na oblohe (L-systems).

Nerve Server dovoľuje mnohým užívateľom aktualizovať a pozerať na ten istý ostrov. Naviac, užívatelia môžu vyhľadávať to isté miesto použitím štandardných VRML plug-inov v prehliadacích programoch na SGI pracovných staniciach, PC-čkach alebo Macintosh-och z rôznych miest sveta pomocou Internetu. Jeden z problémov bol že na distribuovanom L-systéme užívatelia mohli ľahko vytvárať scény s niekoľko stotisíc mnohouholníkmi, ktorých zobrazenie bolo nemožné. Preto bolo použité 3D hardwarové zrýchlenie, vrátane SGI Onyx II Infinite Reality systému a PC-čko s 3D Labs Permedia video akceleračnou kartou k podpore komplexnejšieho životného prostredia pre účastníkov. Od roku 1999, celá nová generácia 3D mikroprocesorov na 32 a 64 bitových platformách umožňuje veľmi komplexné 3D interaktívne prostredie. Tam je zaujímavá paralela k Rayovej práci na Tierre, kde energia systému bola proporcionálna k výkonu CPU, ktorý ponúkal virtuálny počítač obývaný Tierran organizmami. V množstve systémov umelého života, je dôležité mať pôsobivé 3D rozhranie. Výhody jedného pre Nerve Garden sú tie, že poskytuje účasť a možnosť experimentovať pre širokú skupinu užívateľov. Môžete navštíviť aj viacero zo záhrad generovaných počas SIGGRAPH 97.

Skúsenosti autorov projektu

Nerve Garden - ako súhrn častí : Java klienta, jednoduchého systému na distribúciu objektov, viac - užívateľského servra, vrátane rudimentárnej databázy a zdieľaného, trvalého VRML scenegraph-u, fungovala dobre pod tlakom rozmanitého množstva a typu užívateľov na rôznych hardwarových platformách. Užívatelia boli schopní používať Germinátor aplikáciu bez pomoci autorov, vyrábať veľmi komplexné, jedinečné a esteticky pekné modely. Užívatelia už dôverne poznali metaforu "Záhrad" (Gardens) už bolo náročnejšie v navigácii v 3D prostredí s použitím VRML prehliadacích programov. No mladší užívatelia boli oveľa viac zvyknutí na použitie takéhoto 3D prostredia.
Zatiaľ to bola úspešná skúsenosť generatívneho prostredia pre užívateľa, no v Nerve Garden chýbal sofistikovaný true Alife system podobný Tierre (Ray 1994a), kde by sa rastlinný model rozmnožoval, alebo sa dorozumieval s virtuálnymi strojmi obsahujúcimi iné záhrady. Naviac, neobsahoval adaptívny L-systém priestor, taký ako je popísaný v (Mech a Prusinkiewicz, 1996), kde sa rastlinné modely vzájomne ovplyvňovali so susedmi a životným prostredím. Nakoniec, nebola tam žiadna predstava autonómnych, samostatne sa rozmnožujúcich objektov v životnom prostredí. Nerve Garden II, ktorá je teraz vo vývoji, sa bude venovať niektorým z týchto nedostatkov a autori dúfamú, že prispejú výkonným nástrojom pre vzdelanie a výskum v Alife spoločenstve.

Na záver, Nerve Garden priniesla niekoľko úspechov pre virtuálny svet a Alife spomínaných na začiatku tejto kapitoly. Prostredie vytvorilo pôsobivé miesto na pritiahnutie pozornosti, je to tiež preskúšanie a zistenie, že takáto abstrakcia sveta, L-systémov, môže byť prenášaná a generovaná na klientovom počítači, s dosiahnutím veľkej kompresie a hospodárnosti. Keď je kombinovaná s ovládaním ekosystému, Nerve Garden by sa mohla vyvinúť do výkonného virtuálneho sveta.

Návšteva Nerve Garden I

Nerve Garden môže byť navštívená použitím vhodného VRML97 kompatibilného prehliadacieho programu. Modely vyrobené na SIGGRAPH 97 sa dajú pozrieť na nervegarden.Biota projekt a jeho výročné konferencie sú zahrnuté na .

Ďalší krok : Nerve Garden II

Ciele pre Nerve Garden II sú :

• vyvinúť jednoducho fungujúci ekosystém vo VRML scenegraph-e ako riadiť vzrast polygónu a časom vyvinúť elementy sveta ako sú čiastočne popísané v "Mech a Prusinkiewicz, 1996)";
• integrovať veľkú databázu k umožneniu klonovaní v záhrade a vo vnútro - záhradnej komunikácii umožniť priečne vyvolania medzi ostrovmi;
• integrovať mechanizmus bunkových automatov, ktorý bude podporovať autonómny vzrast a replikáciu modelov rastlín a predstaviť triedu virtuálnych herbivores ('bylinožravce', rastlinných predátorov), ktorí budú konzumovať rastliny, a energetické zásoby rastlín;
• zviazať svetovú geometriu cez prenášanie generatívnych algoritmov (ako sú L-systémy) skôr ako cez kompresiu geometrie, efektívne využitie šírky pásma a kontrolu polygonálneho nárastu a vývinu scény na strane klienta;