Prírodou inšpirované algoritmy

Skupinové správanie

Vtáky, ryby a mnoho iných cicavcov je schopných ladného a efektívneho pohybu v stádach, kŕdľoch a húfoch. Radi by sme napodobnili toto skupinové správanie pri umelých tvoroch s porovnateľnou dynamikou. Pohyb v kŕdli znamená pre zvieratá udržiavať si malú vzdialenosť medzi sebou, pri súčasných zmenách smeru a rýchlosti pohybu, vyhýbaní sa kolíziám s inými členmi kŕdľa a s prekážkami v prostredí. V tejto kapitole je preskúmaná výkonnosť riadiaceho algoritmu pre zmeny pohybu každého z indivíduí v skupine dynamicky simulovaných robotov s nohami.

Na rozdiel od mnohých predošlých implementácií algoritmov skupinového správania, sa tento algoritmus používa na ovládanie skupiny robotov, kde majú indivíduá významnú dynamiku. Problém riadenia skupiny robotov viac pripomína problém, ktorému čelia biologické systémy práve kvôli podstatnej dynamike jedinca. Každý z robotov v skupine je dynamickou simuláciou fyzického robota a riadiaceho systému. Ako takí majú roboty ohraničenú akceleráciu, rýchlosť a rádius otáčania. Ba čo viac, riadiace algoritmy nie sú exaktné, vyúsťujú v prechodné alebo stále chyby v kontrole rýchlosti. Požadované zmeny v rýchlosti sú oneskorené o polovicu riadiaceho kroku. Na pochopenie účinku tejto dynamiky je vypracované porovnanie výkonnosti algoritmov stád na robotoch (s plnou dynamikou) s časticovými systémami s perfektnou kontrolou rýchlosti.

Stádový algoritmus vypočítava požadovanú rýchlosť pre každé indivíduum podľa jeho polohy a rýchlosti ostatných viditeľných susedov. Táto požadovaná rýchlosť je potom použitá ako vstup pre ovládanie pohybu robota. V testoch sa ukázalo, že všetky indivíduá v skupine ostali v správnej polohe vzhľadom na ostatých členov skupiny, objavilo sa len málo kolízií.

Algoritmy pre vysokoúrovňové správanie sa dynamických simulácií sú potrebné pre konštrukciu syntetických agentov s robustnými a realistickými pohybmi, ktorý by interaktívne reagovali na zmeny prostredia. Dynamická simulácia v súlade s riadiacim systémom poskytuje prirodzene vyzerajúce pohyby nízkoúrovňových foriem správania sa ako chôdza, beh a zdolávanie prevýšení. Vysokoúrovňové správanie sa ako vyhýbanie sa prekážkam, zoskupovanie sa a pohyb v náročnom teréne poskytnú agentovi možnosť fungovať a interagovať s komplexným a nepredvídateľným prostredím.

Zdroj:
http://www.cc.gatech.edu/gvu/animation/Areas/group_behavior/group.html