虛擬海洋環(huán)境中人工魚的認(rèn)知模型和行為控制研究.pdf

1、人工生命的研究正在興起。它是21世紀(jì)最有活力、最有前景的兩大前沿學(xué)科——生命科學(xué)與信息科學(xué)——相互作用的產(chǎn)物，它以生命現(xiàn)象為研究對象，以生命過程的機(jī)理及其工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)為主要研究內(nèi)容，以擴(kuò)展人的生命功能為主要研究目標(biāo)，具有十分重要的意義。 人工生命是一個(gè)跨學(xué)科的研究領(lǐng)域，近20年來它的研究內(nèi)容也在不斷地被豐富。人工動(dòng)物即通過計(jì)算機(jī)手段對自然界中各類生物的仿真，已經(jīng)成為人工生命的一個(gè)重要分支。人工魚即是人工動(dòng)物的一種，對自然魚類的形

2、態(tài)、習(xí)性和行為等進(jìn)行仿真模擬，展現(xiàn)其各種生命特征和功能，構(gòu)建其所處的虛擬海洋環(huán)境，為人們提供一個(gè)栩栩如生的虛擬海底世界，可以作為生物行為、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域的研究平臺(tái)，又可應(yīng)用于生物和海洋教學(xué)演示、海底世界可視化、教育、娛樂等方面，具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。 本論文以“人工魚”為研究對象，將人工智能、人工生命和虛擬現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，對人工魚的認(rèn)知模型和行為控制方法進(jìn)行探索和研究，構(gòu)建具有認(rèn)知功能、高級行為

3、規(guī)劃能力和逼真運(yùn)動(dòng)功能的人工魚。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1．人工魚總體模型。根據(jù)混合式智能體(Agent)的結(jié)構(gòu)原理，提出了由感知、認(rèn)知和行為三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的人工魚總體模型，給出了每個(gè)子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，同時(shí)建立了人工魚的內(nèi)部狀態(tài)模型。 2．基于記憶的人工魚認(rèn)知模型。以自然魚的生物原理和記憶機(jī)制為理論依據(jù)，提出并建立了一種基于記憶的人工魚認(rèn)知模型，給出了其結(jié)構(gòu)及工作原理。研究了自主角色建模的五個(gè)層次，對其特點(diǎn)分別

4、予以分析；給出了記憶過程中的信息編碼、存儲(chǔ)和提取方法，實(shí)現(xiàn)了人工魚基于記憶的認(rèn)知能力。 3．人工魚個(gè)體行為雙層控制結(jié)構(gòu)，包括高級行為規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)模型?；谌斯ぶ悄芎腿斯ど嘟Y(jié)合的思想，提出了一種高級行為規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)模型相結(jié)合的人工魚個(gè)體行為雙層控制結(jié)構(gòu)。通過高級行為規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)了捕食、逃避、集群等行為的多種策略，解決了人工魚運(yùn)動(dòng)模式單一的問題。給出了運(yùn)動(dòng)速度與其內(nèi)部狀態(tài)包括體力、饑餓度等的關(guān)系，更合理、有效地模擬了真實(shí)魚類的生命

5、特征和智能行為。 4．人工魚群體行為協(xié)同控制方法。將個(gè)體Agent建模擴(kuò)展到群體Agent行為建模，提出了一種基于多Agent的人工魚群體行為協(xié)同控制方法?；谙⒅行?，通過消息的分發(fā)、接收和處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)人工魚對動(dòng)態(tài)環(huán)境和其他Agent的實(shí)時(shí)感知，再通過高級行為規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)模型執(zhí)行當(dāng)前意圖，從而快速有效地實(shí)現(xiàn)人工魚群體行為的協(xié)同控制。 基于上述理論和方法，提出了虛擬海底世界仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)將利用虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)時(shí)