[发明专利]一种受生物学规则启发的蚁群模拟方法

说明书

本发明公开了一种受生物学规则启发的蚁群模拟方法，涉及群组动画技术领域。所述蚁群模拟方法包括以下步骤：(1)数据预处理阶段：初始化运动场景信息以及蚁群规模和蚁群中每个个体的运动参数；(2)运动控制阶段：通过运动控制器统一、持续地控制每一个蚂蚁个体无碰撞的移动，创建真实的蚁群群组动画，实现大规模蚁群动画的实时绘制。本发明提供的蚁群模拟方法避免了大规模群组动画绘制的高时间消耗问题，同时可实现用户实时个性化调整蚁群动画。

技术领域

本发明涉及群组动画技术领域，尤其涉及一种受生物学规则启发的蚁群模拟方法。

背景技术

群体行为在昆虫中很常见，常表现为昆虫的群体通过某种机制协作完成任务，是计算机动画中常见的仿真场景，以往群组动画的研究目标多集中在鸟群、鱼群和人群中。蚂蚁是典型的具有集体性质的昆虫，其通过群体间的协作完成觅食，搬运，抵抗外敌等任务，而驱动这些群体行为发生的“规则”则使对蚂蚁群体行为的研究具有重要意义。然而，由于蚂蚁体型微小，数量庞大，密度大、速度快，在复杂的环境下很难捕捉蚂蚁的运动。

从生物学角度来看，蚂蚁通过群体间的信息传递来实现群体行为，这种信息交流主要通过分泌化学物质(称为“信息素”)和身体接触来完成，蚂蚁在运动过程中能够感知这种物质，并以此指导自己的运动方向，大多数蚁群利用信息素来进行间接通信。如蚂蚁的觅食行为，当一只蚂蚁发现食物以后，它将食物拖回巢穴并沿路留下信息素。觅食的蚂蚁通过不同路径上的信息素浓度来选择路径。信息素浓度越大的路径被选择的概率也就越大。当越来越多的蚂蚁选择同一特定路径时，该路径就因聚集越来越多的信息素而更具吸引力，从而吸引更多的蚂蚁走该路径。这种自催化导致的协作行为形成一种正反馈机制，使得最优觅食路径被越来越多的蚂蚁选择。

对蚂蚁群体行为的研究大多为对蚂蚁集体无阻塞行进轨迹的研究，已有的方法包括多主体研究协作路径学习和优化，元胞自动机模型，物理仿真模型等等。然而，在图形学领域，尤其是计算机动画仿真中，很少有与蚂蚁群体仿真相关的工作。

公布专利号CN102208111A公开了一种群体动画运动控制系统及方法，属于自主智能体动画技术领域。群体动画运动控制系统包括场景划分模块、路径规划模块、群体控制模块、个体控制模块、碰撞处理模块、数学运算模块、系统模块和渲染模块。采用该控制方法，将群体运动控制阶段和个体运动控制阶段分别进行，使得动画师在制作过程中可以对群体的运动趋势有整体的把握，同时也提高了个体的各个运动分量的计算效率，提高了运动控制的效率，实现了实时交互控制的功能。

发明内容

为了模拟在相对复杂的周围环境下的蚁群的群体活动，本发明提供了一种受生物学规则启发的蚁群模拟方法。本发明提供的蚁群模拟方法能够用于创建真实的蚁群群组动画，并实现大规模蚁群动画的实时绘制。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种受生物学规则启发的蚁群模拟方法，所述模拟方法包括以下步骤：

(1)数据预处理阶段，初始化运动场景信息以及蚁群规模和蚁群中每个个体的运动参数；

(2)运动控制阶段，通过运动控制器来统一、持续地控制每一个蚂蚁个体无碰撞的移动，创建真实的蚁群群组动画，实现大规模蚁群动画的实时绘制。

进一步的，步骤(1)中，所述运动场景信息包括：巢穴、食物源和障碍物，所述运动场景信息还包括外界干扰。

所述外界干扰是作用在实时的蚁群运动中使蚁群产生逃离行为的场景信息，可作为实时运动场景信息加入到实时绘制中。

进一步的，所述外界干扰包括外界攻击，如周围的环境出现捕食蚂蚁的动物。

进一步的，步骤(1)中，所述个体运动参数包括：个体的位置信息P、移动速度大小speed和方向O，以及其来源信息S_c和运动状态S_m。