Prírodou inšpirované algoritmy

Software Bernda Lintermanna

Koncept

Software Bernda Lintermanna slúži ako prostriedok evolučného vývinu trojrozmerných organických foriem. Pozostáva z dvoch spojených systémov – jeden z nich existuje skutočnom svete, jeho návštevníci interagujú s virtuálnou bytosťou zobrazenou na obrazovke s rozmerom 4 x 3m cez špeciálny interface zostrojený presne pre tento účel. Ten druhý systém využíva WWW ako interface na komunikáciu s užívateľom. V oboch prípadoch užívateľ evolvuje trojrozmerný virtuálny organický objekt vytvorený genetickým algoritmom. Organizmus je definovaný genómom, množinou komponentov, ktoré sú postupne mutované za asistencie užívateľa. Zo šiestich náhodne generovaných mutácií si užívateľ vyberie jednu, ktorá predstavuje začiatočný bod pre nasledujúce mutácie. Takýmto spôsobom užívateľ vlastne vyberá cestu naprieč priestorom prehľadávania pozostávajúceho z približne 1080 možných foriem.

Užívatelia toho prvého systému (reálne existujúceho) dodatočne menia tvar a správanie sa virtuálnej bytosti prostredníctvom interface. Obe systémy sú navzájom prepojené a pracujú na rovnakej množine dát, modifikujú genóm, akcie uskutočnené cez webovskú aplikáciu ovplyvňujú reálny systém a naopak. Ak dôjde k zmene vykonanej cez webovskú aplikáciu, virtuálna bytosť v skutočnom systéme sa začne pomaly morfovať v smere udanom webovským systémom, podobne zmena v skutočnom systéme priamo ovplyvňuje ten webovský.

Implementácia

Software beží na SGI Onyx2 ako realtime animácia virtuálneho organizmu rovnako ako tvorba obrázkov pre webovské rozhranie. Webový server bežiaci na tomto počítači vytvára mutácie genómu a posiela individuálne generované webové stránky s obrázkami späť k užívateľom.

Reálna aplikácia pristupuje k virtuálnym tvorom ako k animáciám objektov reagujúcich na akcie užívateľov. Užívateľ s nimi interaguje cez interface, ktorý posiela dáta do SGI cez MIDI protokol. Interface pozostáva z troch tlačidiel slúžiacich na voľbu a spustenie akcií ako sú mutácie, selekcie, ôsmymi slidermi na ovládanie pohľadu a „miešanie“ rôznych tvarov. Dlhotrvajúca postupnosť zásahov uživateľa dodatočne vedie k zmene správania sa bytosti, môže ju napríklad znepokojiť, či zmeniť frekvenciu pulzov atď.. Aplikácia komunikuje s webovským serverom cez IPC/TCP protokol.

Genóm pozostáva z komponentov z ktorých každý definuje jednotlivú štruktúru , tvar, alebo vlastnosť organizmu. Vzájomné prepojenie viacerých komponentov potom určuje konečnú formu organizmu. Existujú komponenty, ktoré popisujú geometriu jednotlivých ramien a komponenty, ktoré ich usporiadávajú podľa určitých algoritmov. Jednotlivé komponenty sú navrhnuté tak, že zodpovedajú princípom pozorovaných v živej prírode.

Na začiatku organizmus pozostáva z počiatočného genómu, teda zo začiatočnej množiny komponentov, z ktorej sa nasledujúci genóm odvádza podľa vykonaných operácií. Operácie zostavovania sú napríklad vkladanie, odstránenie , alebo zmena prepojenia (kríženie) jednotlivých komponentov. Naviac každý komponent je nositeľom vlastností a parametrov, ktoré definujú detaily ako napríklad farbu, textúru, veľkosť, zakrivenie a pod..

Obrázky

Nasledujúce obrázky sú screenshoty z reálne bežiacej aplikácie.