本发明专利技术涉及一种仿真建模方法，尤其是涉及一种基于IBMs模型的鱼群仿真方法。为了模拟鱼群的活动状态，本发明专利技术提出一种基于IBMS模型的鱼群仿真，同时将面积足够大的浅水体近似作为二维空间进行处理。将个体间避免碰撞设为首要条件，个体间距离必须保持不小于最小邻鱼距离NND，当邻居鱼逼近时，按距离的远近采取相应的行为反应和行动。本发明专利技术的有益效果是，通过考察模拟结果的相似程度，推测和分析内在的机制，筛选具有重要影响的因子。计算机建模和仿真，为研究鱼群行为学开辟了新的途径。它合理地弥补了实验观察中鱼群行为量化困难的不足。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仿真建模方法，尤其是涉及一种基于IBMs鱼类行为以及人工智能领域。
技术介绍
鱼群仿真长期以来一直是虚拟现实领域重要研究方向，鱼群是一种自组织群体， 没有固定的领导，但是群体往往呈现出运动方向有序、运动协调及集聚性等特征。这种自组织群体的典型特征及其在进化和生存方面的意义，已引起科学家的广泛关注。科学家们对鸟类、昆虫、鱼群等自组织群体的观察研究结果表明，群体中的每一个体在遵循简单的行为规则条件时，就有可能出现有序协调的运动状态。例如，为了避免碰撞，个体间必须保持的最小距离；群体中，同类的相互吸引或排斥等，这些自然的因素在群体行为中的影响和重要性等，都是值得探索和研究的。目前，鱼群仿真研究多数是基于个体行为模型(individual based models， IBMS),即将群体的个体作为独立的单元处理。由于计算机技术的发展，科学家们利用计算机进行数学建模和仿真可视化研究， 已成为一种重要的研究手段。通过考察模拟结果的相似程度，推测和分析内在的机制，筛选具有重要影响的因子。计算机建模和仿真为研究鱼群行为学开辟了新的途径。
技术实现思路
为了模拟鱼群的活动状态，本专利技术提出一种基于IBMS模型的鱼群仿真，同时将面积足够大的浅水体近似作为二维空间进行处理。将个体间避免碰撞设为首要条件，个体间距离必须保持不小于最小邻鱼距离NND(Nearest Neighbour Distance),当邻居鱼逼近时， 按距离的远近采取相应的行为反应和行动。本专利技术一种基于IBMS模型的鱼群仿真方法，包括以下步骤一、对仿真进行初始化，首先根据鱼体视觉能力范围 r的划分来定义鱼体反应方式，在模型中，将鱼体视觉能力范围r划分为五个距离，其中”为强烈排斥距离，按避免碰撞原则，该距离相当于最小距离NND，邻居鱼处于本鱼 的排斥区域内，本鱼 将以背离邻居鱼J方向迅速离开；‘为无反应的中性距离，邻居鱼J处于本鱼i的无反应中性区域内，本鱼i将以群体平均速度前进，并且在方向上具有较大的随机性；rs 根据鱼类具有保持和跟随目标运动的习性，设立的相互平行运动的保标距离，邻居鱼 < 处于本鱼i的平行保标区域内，本鱼i将以保标速度前进，方向不变；力相互吸引靠拢距离，该距离在鱼个体的视觉范围内，因鱼类个体的聚集行为，相互有靠近的倾向；即当邻居鱼J处于本鱼ι的吸引区域内，本鱼ι将朝邻居鱼的方向前进；力无反应距离，邻居鱼J已在本鱼i的视觉能力范围之外，不对本鱼ι造成影响； 根据初始时刻4 ,本鱼i的位置坐标、及本鱼初始速度大小ν )、本鱼初始速度方向和本鱼i视觉能力范围内的邻居鱼J的位置和速度；二、计算本鱼I在下一时间步的位置，Jfi (Iwl) = Xi (Is) +My-Fi D Xcosaj (β』(1)^(O = Ii (βχ) +Δ x Fi (U) xsm O1(2 )三、计算本鱼与邻近鱼之间的距离，具体步骤为 移动时间本鱼与邻近鱼之间的距离 τ :γ.聯聯)+(聯mjf 四、本鱼 在下一时间步的速度本鱼I的速度主要由其视觉能力范围内，邻居鱼的平均速度Kt)和邻居鱼J对其影响的速度t决定，当本鱼 与缸壁距离Ai小于最小距离J时，还需考虑缸壁会影响和造成鱼类个体运动速度降低的现象，类似对个体产生一反向速度&,群体的平均速度 权利要求1. 一种基于IBMS模型的鱼群仿真方法，包括以下步骤一、对仿真进行初始化，首先根据鱼体视觉能力范围 r的划分来定义鱼体反应方式，在模型中，将鱼体视觉能力范围划分为五个距离，其中为强烈排斥距离，按避免碰撞原则,该距离相当于最小距离NND，邻居鱼处于本鱼i的排斥区域内，本鱼i将以背离邻居鱼‘万向迅速离开；为无反应的中性距离，邻居鱼J处于本鱼，的无反应中性区域内，本鱼■将以群体平均速度前进，并且在方向上具有较大的随机性；^ 根据鱼类具有保持和跟随目标运动的习性，设立的相互平行运动的保标距离，邻居鱼处于本鱼i的平行保标区域内，本鱼 将以保标速度前进，方向不变；力相互吸引靠拢距离，该距离在鱼个体的视觉范围内，因鱼类个体的聚集行为，相互有靠近的倾向；即当邻居鱼^处于本鱼i的吸引区域内，本鱼i将朝邻居鱼J的方向前进； 力无反应距离，邻居鱼J已在本鱼i的视觉能力范围之外，不对本鱼 造成影响； 根据初始时刻4 ,本鱼ι的位置坐标、及本鱼初始速度大小ν )、本鱼初始速度方向和本鱼I视觉能力范围内的邻居鱼J的位置和速度；二、计算本鱼:在下一时间步的位置， XD =孓(O Xf^ (is4) X Cosai (Iri)^￠^)聯xsm Cti(Is4l)；三、计算本鱼与邻近鱼之间的距离，具体步骤为 Igoti(^1) =H 聯、移动时间‘+1 二、也本鱼与邻近鱼之间的距离Di(Is) =YxjHa) XSnif HYj(Is) UQf ；四、本鱼 在下一时间步的速度本鱼I的速度主要由其视觉能力范围内，邻居鱼的平均速度d)和邻居鱼J对其影响的速度t决定，当本鱼i与缸壁距离A5小于最小距离5时,还需考虑缸壁会影响和造成鱼类个体运动速度降低的现象，类似对个体产生一反向速度h,群体的平均速度2.根据权利要求1所述的一种基于IBMS模型的鱼群仿真方法，其特征在于采用鱼体长度作为长度单位，以减少体长对运动速度的影响，增加不同尺度的个体间的可比性。θ，则当f“、Q和的角度差γ小于θ时，U时刻速度取全文摘要本专利技术涉及一种仿真建模方法，尤其是涉及。为了模拟鱼群的活动状态，本专利技术提出一种基于IBMS模型的鱼群仿真，同时将面积足够大的浅水体近似作为二维空间进行处理。将个体间避免碰撞设为首要条件，个体间距离必须保持不小于最小邻鱼距离NND，当邻居鱼逼近时，按距离的远近采取相应的行为反应和行动。本专利技术的有益效果是，通过考察模拟结果的相似程度，推测和分析内在的机制，筛选具有重要影响的因子。计算机建模和仿真，为研究鱼群行为学开辟了新的途径。它合理地弥补了实验观察中鱼群行为量化困难的不足。文档编号G06F19/00GK102323994SQ201110282679公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日专利技术者周应祺, 张进, 惠明明, 柳玲飞, 田展飞, 钱卫国 申请人:上海海洋大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于ＩＢＭＳ模型的鱼群仿真方法，包括以下步骤：一、对仿真进行初始化，首先根据鱼体视觉能力范围 的划分来定义鱼体反应方式，在模型中，将鱼体视觉能力范围划分为五个距离，其中：：为强烈排斥距离，按避免碰撞原则，该距离相当于最小距离ＮＮＤ，邻居鱼处于本鱼的排斥区域内，本鱼将以背离邻居鱼方向迅速离开；：为无反应的中性距离，邻居鱼处于本鱼的无反应中性区域内，本鱼将以群体平均速度前进，并且在方向上具有较大的随机性；：根据鱼类具有保持和跟随目标运动的习性，设立的相互平行运动的保标距离，邻居鱼处于本鱼的平行保标区域内，本鱼将以保标速度前进，方向不变；为相互吸引靠拢距离，该距离在鱼个体的视觉范围内，因鱼类个体的聚集行为，相互有靠近的倾向；即当邻居鱼处于本鱼的吸引区域内，本鱼将朝邻居鱼的方向前进；为无反应距离，邻居鱼已在本鱼的视觉能力范围之外，不对本鱼造成影响；根据初始时刻，本鱼的位置坐标、及本鱼初始速度大小ｖ（）、本鱼初始速度方向和本鱼视觉能力范围内的邻居鱼的位置和速度；二、计算本鱼在下一时间步的位置， ；三、计算本鱼与邻近鱼之间的距离，具体步骤为：移动时间本鱼与邻近鱼之间的距离 ；四、本鱼在下一时间步的速度：本鱼的速度主要由其视觉能力范围内，邻居鱼的平均速度和邻居鱼对其影响的速度决定，当本鱼与缸壁距离小于最小距离时，还需考虑缸壁会影响和造成鱼类个体运动速度降低的现象，类似对个体产生一反向速度，群体的平均速度邻近鱼对本鱼的影响速度反向速度在内最大转角为，则当和的角度差小于时，时刻速度取；当和的角度差大于或等于时，时刻速度取；为了体现鱼群运动方向上带有随机性，令服从标准偏差正态分布；判断是否有人为关闭仿真进程的行为或仿真结束时间到，如果有，仿真停止进行；否则仿真继续，重复执行第二－四步。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：柳玲飞，周应祺，钱卫国，张进，惠明明，田展飞，
申请(专利权)人：上海海洋大学，
类型：发明
国别省市：31
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