基于物理与生物学机理的人工鱼行为模拟

针对人工鱼行为模拟中,对象与行为建模过程及动画实现工作量巨大,而且对硬件资源要求非常严格的问题,本文提出一种简化的基于物理与生物学原理相结合的对象建模方法,并运用到鱼群运动的模拟之中．在该模拟中,人工鱼群的每一个体被定义为一个自主智能体,在个体生物感知模型和群体行为运动的物理机制约束下,采用运动学原理和渐变动画技术,较好地解决了人工鱼集群运动中个体与整体之间的运动协调性问题,在普通PC机上实现了三维鱼群游动的计算机模拟,达到了较好的模拟效果．     

沙漠蝗虫群体聚集行为的建模与仿真

采用人工生命的方法，建立了一个沙漠蝗虫群体聚集行为模型，并利用Swam平台，对沙漠蝗虫的群体聚集行为进行了仿真。针对三种不同的沙漠蝗虫密度，对沙漠蝗虫的群体聚集行为进行了仿真，得到与生物实验结论相近似的结果。     

基于位置细胞的空间表征及位置估计模型

为开发具有生物启发式空间表征和自主定位能力的导航新方法,提出一种基于位置细胞的空间表征及位置估计模型.该模型通过径向基函数神经网络实现网格细胞到位置细胞的转换,生成自运动感知下的位置细胞.同时,通过环境感知和相似性度量生成视觉感知下的位置细胞.最后,采用信息加权的方式对前两种位置细胞进行融合,生成多信息感知下的位置细胞,以此表征已探索的空间.当运行体在已表征空间中运行时,基于重心估计原理对群体位置细胞放电活动进行处理,实现自主定位.仿真分析结果表明,所提模型能够实现已探索空间的内部表征,生成的位置细胞具有生物位置细胞的放电特性,且多信息感知下的空间表征在某一感知方式存在误差时仍表现出好的位置估计性能.     

自主操作机器人末端执行器的行为动力学运动规划

在动态或人机合作装配场合中,基于规则而不是生物行为启示的现有操作机器人的运动规划方法,难于以自然的方式对工作空间内物体的运动进行描述,而行为动力学方法则能弥补这一缺点。本文在工作空间内,建立不考虑关节约束时的操作机器人末端执行器的行为动力学运动规划模型。首先,定义了操作机器人末端执行器位置运动的基本行为,通过竞争动力学协调得到位置运动的整体行为模型。然后,利用行为动力学方法设计了末端执行器姿态运动的行为。仿真实验结果表明:利用行为动力学方法可以实现操作机器人的静态及动态场景下的自主运动规划。     

基于多智能体的人群集散动态模拟模型与实现

智能体从模拟个人的行为出发,以拟人化方法描述、解释、预测一个复杂系统的行为,可以有效仿真群体的行为形态.针对城市中人群流动这一复杂对象,突破传统思维,以复杂自适应系统理论研究为背景,采用基于多智能体系统的建模方法和自下而上的研究思路,提出了研究城市空间内人群流动形态的模型框架,构建了一个城市人群流动动态演化模型,并在此基础上利用GIS(地理信息系统)技术加以实现.     

基于软控制的群体机器人迁徙行为研究

为实现群体机器人迁徙系统的速度可控,研究了在软控制的干预下使群体达到期望速度的方法。在基于局部信息交互的分布式系统中引入软控制干预群体的运动形式,在不改变群体局部规则的情况下,实现速度可控的群体迁徙。利用代数图论和LaSalle不变原理,分析了该系统在软控制干预下的稳定性,并进行了仿真实验。实验结果表明,该控制策略能有效地实现稳定的群体迁徙行为。     

遗传算法在人工生命中的应用

讨论了人工生命仿真模型的建立方法,设计了一个基于遗传算法的人工生命模型及其模拟实现.计算和研究了虚拟环境中生物在进化过程中的演变规律和涌现特征,模拟和解释了一些简单的生态行为和进化规律,这种通过进化的方法进行系统复杂性模拟的思想,对于学习认知进化和群体智能具有一定的参照意义。     

基于多自主智能体的电影混战群体仿真

群体动画一直是电影制作领域具有挑战性的研究热点.针对目前电影混战场景数字化仿真存在的运动模式单一、真实感较差、工作量大等问题,提出基于多自主智能体的电影混战群体仿真方法.首先,根据场景规模和角度智能划分作战区域,并建立相应的局部KD树(K-dimension tree);然后,在个体角色具有视觉感知、避障、逃避、智能调用动作数据等行为的基础上,对混战场景中的群体角色进行智能控制,实现群体聚集、追随、智能搜索攻击目标等行为.实验结果表明,该方法是可行的,能够较好地模拟电影混战场景中复杂的多角色智能运动,且具有较高的逼真度.     

基于遗传算法的人工生命演示系统设计

讨论了人工生命仿真模型的建立方法 ,给出了一个基于遗传算法的人工生命模型及其演示系统的实现 .计算和考察了虚拟环境中生物在进化过程中的演变规律和涌现特征 ,模拟和解释了一些简单的生态行为和进化规律 ,如竞争、协作进化、群居、物种灭绝等现象 .这种通过进化的方法进行系统复杂性模拟的思想 ,对于研究认知进化和群体智能具有一定的参照意义     

基于行人运动模型的人群疏散三维仿真

以人群运动过程中人与人和人与建筑之间的相互作用为出发点,探讨了行人群集行为疏散模型及三维仿真问题.建立了一种基于人员行为细节的微观离散仿真模型,采用蒙皮动画和有限状态机技术实现对人物行为和人物模型细节状态的控制,可以实现人群疏散过程的动态三维可视化仿真.     

鱼群集群行为的建模与仿真

群体智能主要针对生物群体中简单智能个体相互作用表现出复杂智能行为进行研究.个体之间的组织结构、关系和群体行为的涌现机制是其研究的关键要素.首先对鱼群游动的规律进行分析,然后采用自底向上的建模方法建立了一种基于向量的数据模型,最后基于java技术建立了鱼群集群行为仿真系统,有效地模拟了个体鱼之间以及环境之间的相互作用,最终涌现出复杂的群体行为的过程.仿真模型和结果对其它群体的研究具有指导意义.     

基于主智能体的群体学习算法GLBMA

以机器人足球比赛（RoboCup）为背景,基于主智能体和辅助智能体概念,提出了基于主智能体群体强化学习算法（GLBMA）,该算法通过主智能体和辅智能体的角色切换来实现整个团队的学习,改进了传统的群体强化学习算法。RoboCup仿真比赛试验表明,传统群体强化学习算法中的行为学习状态空间过大,连续状态空间的行为选择及多智能体合作求解等问题得到了解决．     

群集运动行为的模型构建与计算机仿真

以某群体为研究对象,构建了一个连续的三维空间．在空间中,依据3个行为规则,将个体的感知范围划分为排斥区域、一致区域和吸引区域3个行为区域,并分别得出了各行为区域对个体速度方向的影响公式．将3个行为区域对个体的影响抽象为3个作用力,个体总的速度方向由各作用力产生的速度方向分量共同决定,分别给出各作用力权重因子,最终计算出迭代至第t步时个体总的速度方向,进而推算出t＋1步时个体的位置向量和速度向量．最后,利用Matlab仿真模拟了群集运动行为在三维空间内的运动情况．仿真结果表明,所构建的模型能有效地模拟动物的群集运动行为．     

一个包含目标趋向性的增强型Cucker-Smale群体运动模型

生物群集运动往往具有共同的群体目的,且群体成员仅在局部范围内进行信息交互。在描述生物群集运动的Cucker-Smale模型基础上,引入目标趋向作用和几何邻域,建立了更符合实际的增强Cucker-Smale群体运动模型,并结合速度匹配、避免碰撞、群体聚集、趋向目标4个群体目的建立了相应的效能评价指标,以实现对模型效能的量化评估。仿真结果表明,在模型中引入目标趋向作用和几何邻域后,群体能够有效地趋向目标,同时不影响达到其余群体目的;适当增加目标趋向作用会对群体的速度匹配起到积极的促进作用,使群体更快地达到稳定状态。     

基于势能场的大规模人群运动模拟

针对大规模人群运动模拟中计算效率较低、实时性较差的问题,提出一种在智能体模型中引入势能场的新方法.该方法主要运用势能场来构建环境模型场力图,智能体通过感知获取环境信息,并规划初步行动路线;利用场力图,智能体再进行避免碰撞的行为决策.实验仿真表明:势能场的引入使感知计算在障碍物生成时就进行,避免了运动过程中还须要对静态障碍物进行计算,实现了预先计算的控制机制,使得大规模人群运动模拟的帧速率有较大提高,在保证准确性的同时还能提高效率.     

一种新的基于海豚与沙丁鱼的集群模型研究

将聚集策略引入粒子群模型,通过与高级行为自组织模型对比,对群体的聚集行为进行仿真;引入群体自组织避敌模型,模拟鱼群的逃避行为;分析有领导者的集群动态行为预测机制,并引入A/R模型,考虑领导者和次要领导者,并用次要领导者对领导者的预测表示群体中的信息传递机制.通过仿真,结果表明:该仿生模型有利于分析鱼群的习性,为保护鱼群、分析物种进化以及人工养殖等方面提供了非常好的依据.     

一种改进的自组织生物群体仿真模型

在Boid群体仿真规则基础上,增加了三类控制变量：环境变量、种群特征变量和性格变量构建自组织生物群体仿真系统。利用社会学习因子和自学习因子构建了个体的种群靠拢系数、速度匹配系数和自由游弋系数等参数,去除了传统模型中个体一致性假设,可更为真实地反映不同生物群体的群体行为。本文在此基础上构建了相应的仿真平台。仿真实验结果表明,可以更好地对生物群体行为仿真进行建模,同时给出了鸟群、鱼群和昆虫群三种典型生物群体仿真的参数集合,同时还分析了不同群体的特征。     

基于准静电场的体域通信信道随机特性及系统性能仿真

 基于准静电场的体域通信技术是一种用于人随身电子设备互连的新方法。为研究人体运动对体域通信系统性能的影响,实验测量了人体静止、踏步和跑步3种状态下的信道增益,得到信道增益的累积分布函数,与多种常见统计分布类型相对比,发现其服从正态分布,并利用最大似然方法进行了分布参数估计,得到信道增益的均值、标准差和置信区间。基于信道分布特性,建立了信道统计模型以及系统仿真模型,并进行系统性能仿真,在高斯白噪声环境下通过仿真研究了人体运动对幅移键控系统误码率的影响,给出了体域通信信道建模和仿真的一般方法。结果表明,通信误码率随人体运动激烈程度增强而升高,但变化程度不大。     

基于DEM和GPU加速的颗粒运动仿真方法研究

采用离散元素法(discrete element method, DEM)进行颗粒系统运动仿真时,其模拟计算量大、计算效率低下,所采用的传统中央处理器(central processing unit, CPU)并行计算模型难以实现较大规模模拟。文章提出了一种基于图形处理单元(graphics processing unit, GPU)和统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)的并行计算方法;以球磨机的介质运动仿真为例,利用DEM方法结合CUDA并行计算模型,充分利用GPU众核多线程的计算优势,同时将颗粒属性信息存入GPU的常量存储器,减少信息读取的时滞,将筒体和衬板视为圆柱面和平面,简化了筒体与颗粒的接触判断,实现每个线程处理1个颗粒的相关计算,大幅提高计算速度;对颗粒堆积、筒体内2种尺寸颗粒运动进行仿真,并与基于CPU并行计算的结果进行对比。研究结果表明:在同等价格的硬件条件下,该文的方法可以实现10倍以上的加速比;对于含有复杂几何模型的仿真,如多尺寸颗粒和带衬板筒体的仿真,加速比会减少,但仍然可以实现数倍的加速。     

滚动轴承故障的显式动力学仿真与分析

对机车滚动轴承的故障分类及成因进行了分析和介绍.在实现了基于显式动力学的滚动轴承运动过程的有限元仿真基础上,建立了滚动体故障和麻点故障的轴承故障状态模型,并在仿真软件ANSYS/LS-DYNA下,实现了仿真.同时,对比了有、无故障轴承的不同特性.结果表明,仿真与分析是进一步研究轴承故障机理与特征提取的有效方法之一.