一种人工鱼模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种人工鱼模拟系统，包括感知子系统、动力子系统及行为子系统，所述感知子系统采集周围环境生成感知数据并过滤后传递给所述行为子系统；所述行为子系统将周围环境数据结合鱼的生活习性合成产生意向，制定人工鱼的行为路径；所述行为子系统将行为路径的控制参数输入动力子系统，由所述动力子系统控制人工鱼产生相应的动作。本发明专利技术模拟系统模拟的人工鱼，外貌形态较为真实，同时有机结合了感知、意向、行为三个人工智能的基本点，能够对环境自主感知、判断并执行相应合理的行为，并对环境产生影响，能够在行为中以物理作为基础，从而产生了自主性极强的智能型个体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种智能电视的中间件系统，尤其涉及一种人工鱼模拟系统。
技术介绍
由各种虚拟的鱼类栖息的虚拟深海中，鱼类靠使用肌肉和鱼鳍得以自由的游动、躲避障碍物，以及在一些水草、珊瑚礁和其它鱼类之间穿梭。他们可以自如地探索这个虚拟世界以寻找食物。被捕食者自由行动，直到他们遇到捕食者，然后立即采取逃逸行动。而当一个捕食者出现在远处，相似种类的被捕食者形成群落以增加他们逃逸的机会。当捕食者靠近一个群落，鱼群因为恐惧而四下奔逃。一个捕食者吞食猎物直至酒足饭饱的追逐随即开始。一些种类的鱼似乎并不被捕食者所困扰。当他们饥饿时，可以捕食浮游生物。而当鱼类到了繁殖期，则通过执行特有的追逐和求偶仪式来寻求配偶。以上在模拟世界中的动画，要求可视上的真实性是非常难的。为了建立动画框架，涵盖上述所有复杂的行为模式，且尽量减少人工的参与，最好的办法是使用全功能性的人工鱼(Artificial Fishes)。人工鱼是指一种自主性个体，其外表和复杂的群落行为都与自然的相一致。现有技术没有较好的实现方案，无法完备地合成物理、定位、感知和行为，模拟的真实效果较差。因此，有必要提供一种人工鱼模拟系统来满足现有需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种人工鱼模拟系统，所述人工鱼外貌形态模拟程度高，结合了行为、感知和驱动三方面，成为具有自主性的智能个体。因此，本专利技术提供了一种人工鱼模拟系统，所述人工鱼位于三维模拟世界中，所述人工鱼1旲拟系统包括感知子系统、动力子系统及打为子系统，所述感知子系统米集周围环境生成感知数据并过滤后传递给所述行为子系统；所述行为子系统将周围环境数据结合鱼的生活习性合成广生意向，制定人工鱼的彳丁为路径；所述彳丁为子系统将彳丁为路径的控制参数输入动力子系统，由所述动力子系统控制人工鱼产生相应的动作。具体地，所述感知子系统包括视觉感知器组和温度感知器组，所述温度感知器对位于鱼身中心的环境水的温度进行采样，所述视觉感知器从3D的虚拟环境提取色彩、尺寸、距离及障碍物的种类信息，所述视觉感知器可以通过查询障碍物数据库来获知附近的障碍物，同时通过查询模拟状态来获知周围物体的瞬时速度，所述视觉感知器的视觉为300。。具体地，所述动力子系统包括动态模型和若干动力控制器，动力控制器过设定肌肉收缩来产生动力。所述动态模型由23个端点和91条线组成，用鱼鳍作为人工鱼运动的主要动力，使用鱼体两侧的后部的肌肉进行游动，使用前部的肌肉进行转向。所述若干动力控制器包括游动控制器、左转控制器和右转控制器，所述游动控制器控制人工鱼向前游动，所述左转控制器和右转控制器分别控制左转和右转。具体地，所述行为子系统包括意向产生器及行为路径产生器，所述意向产生器根据鱼的生活习性产生意向，所述行为路径产生器根据意向产生器生成的意向结合过滤后的感知数据合成制定出行为路径。与现有技术相比，本专利技术方案展示了对人工鱼模型一些动作的模拟框架。这些动作可以通过最少的人工交互而产生令人信服的单个或者组合动作。有机结合了感知、意向、行为三个人工智能的基本点，同时在行为中以物理作为基础，从而产生了自主性极强的智能型个体，能够对环境自主感知、判断并执行相应合理的行为，并对环境产生影响，模拟的人工鱼外貌形态较为真实，成为具有自主性的智能个体。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例的人工鱼模拟系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例的人工鱼的动态模型的结构示意图。具体实施例方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。参考图1，本专利技术提供了一种人工鱼模拟系统，包括动力子系统、感知子系统及行为子系统，三个子系统相互协作，共同完成人工鱼的各种动作的模拟。所述感知子系统采集周围环境生成感知数据如避碰意向需参考周围的障碍物信息，并过滤后传递给所述行为子系统；所述行为子系统将周围环境数据结合鱼的生活习性合成产生意向，制定人工鱼的行为路径；所述行为子系统将行为路径的控制参数输入动力子系统，由所述动力子系统控制人工鱼产生相应的动作。感知子系统通过一系列时刻运行的感知器来提供关于周围动态环境的感知数据。通过感知机制，使得人工鱼可以以任务为目标训练其感知器，根据关注点及行为路径的需要，滤除不必要的感知数据。具体地，所述感知子系统包括视觉感知器组和温度感知器组，温度感知器对位于鱼身中心的环境水的温度取样。而视觉感知器则更复杂。本专利技术并没有试图模拟真实鱼类高度复杂的视觉系统。相反，视觉感知器只是从3D的虚拟环境提取最有用的信息，如色彩、尺寸、距离和障碍物的种类等。人工鱼的视觉感知器可以感知几何形态、材料特性和照明系统，所有这些都是渲染环境所需要的图形学信息。此外，视觉感知器可以查询障碍物数据库来获知附近的障碍物，查询模拟状态来获知周围物体的瞬时速度等信息。在本专利技术实施例中，人工鱼的视觉是相当开阔的，覆盖了可透视的水环境中300°的视角。一个物体被“看到”，意味着它进入了此人工鱼的视野，并且没有被其它物体彻底遮挡。本专利技术实施例的动力子系统包含了人工鱼的动态模型和若干动力控制器，通过动力子系统真实地模拟鱼的动态，在自动化、真实性和计算机消耗之间取得较好的平衡。动力控制器是参数化的流程，每一个被设计成执行一个特定的动作函数，比如“向前游” “向左转”等。输入自然的控制参数，如游动速度、转动角度可以施行详细的肌肉动作。对于鱼运动的研究发现，大多数鱼类使用鱼鳍作为运动的主要动力。游动主要使用身体两侧的后部的肌肉，而转向主要使用前部的肌肉。为了合成真实可信的鱼的运动，参考图2，本专利技术实施例采用了由23个端点和91条线组成的动态鱼的模型。线的排列使得身体在灵活运动的同时拥有结构上的稳定性。构成身体主要部分的12条线作为肌肉的抽象而存在。动力控制器过设定肌肉收缩来产生动力，像真实的鱼类一样，本专利技术中的人工鱼也是靠肌肉的收缩来运动。设Sij是肌肉线，通过缩短长度Iij来表示收缩。为了方便，设置了肌肉线的最小收缩长度Guil且将收缩因子规约化到范围中。鱼尾特殊的摆动效果，可以通过周期性收缩身体一侧的运动肌肉线、同时放松另一侧的肌肉线来实现。当鱼尾摆动时，会驱动一股水流。被排除的水会产生垂直于鱼的身体的反作用力，其大小与单位时间内被排除的水量成正比，驱动着鱼类向前游。本专利技术实施例的模拟人工鱼设定了三个动力控制器:游动控制器控制向前游动，左转控制器和右转控制器分别控制左转和右转。这些动力控制器通过设定肌肉收缩来产生动力机制。如图2，游动控制器控制了游动肌肉段，转动控制器控制了转动肌肉段。大多数鱼类的游动速度与鱼尾的周期性振荡的幅度和频率成正比，且低于一个特定阈值。本专利技术符合了这种实际观察:游动速度 和转动角度都与肌肉线的收缩幅度和频率近似成正比。对于大多数鱼来说，鱼鳍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工鱼模拟系统，所述人工鱼位于三维模拟世界中，其特征在于，所述人工鱼模拟系统包括感知子系统、动力子系统及行为子系统，所述感知子系统采集周围环境生成感知数据并过滤后传递给所述行为子系统；所述行为子系统将周围环境数据结合鱼的生活习性合成产生意向，制定人工鱼的行为路径；所述行为子系统将行为路径的控制参数输入动力子系统，由所述动力子系统控制人工鱼产生相应的动作。

【技术特征摘要】
1.一种人工鱼模拟系统，所述人工鱼位于三维模拟世界中，其特征在于，所述人工鱼模拟系统包括感知子系统、动力子系统及行为子系统，所述感知子系统采集周围环境生成感知数据并过滤后传递给所述行为子系统；所述行为子系统将周围环境数据结合鱼的生活习性合成产生意向，制定人工鱼的行为路径；所述行为子系统将行为路径的控制参数输入动力子系统，由所述动力子系统控制人工鱼产生相应的动作。2.按权利要求1所述的人工鱼模拟系统，其特征在于，所述感知子系统包括视觉感知器组和温度感知器组，所述温度感知器对位于鱼身中心的环境水的温度进行采样，所述视觉感知器从3D的虚拟环境提取色彩、尺寸、距离及障碍物的种类信息，所述视觉感知器可以通过查询障碍物数据库来获知附近的障碍物，同时通过查询模拟状态来获知周围物体的瞬时速度，所述视觉感知器的视觉为300°...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓翠，罗笑南，孟思明，薛凯军，
申请(专利权)人：东莞中山大学研究院，
类型：发明
国别省市：