Flocking Algorithmen

… Using computers, these patterns can be simulated by creating simple rules and combining them. This is known as emergent behavior, and can be used in games to simulate chaotic or life-like group movement. …

https://gamedevelopment.tutsplus.com/tutorials/3-simple-rules-of-flocking-behaviors-alignment-cohesion-and-separation–gamedev-3444

Im Jahr 1968 wagte Craig Reynolds einen revolutionären Schritt in der KI-Animation. Er erstellte viele individuelle Objekte, welche mit den jeweils anderen in Interaktion traten. Diese Objekte nannte er “Boids”. Ziel des Projektes war es, das Verhalten eines Vogelschwarms zu simulieren.

In der einfachsten Form folgten diese Boids 3 Grundregeln.

  1. Separation: wähle eine Richtung, die einer Häufung von Boids entgegenwirkt
  2. Angleichung: wähle eine Richtung, die der mittleren Richtung der benachbarten Boids entspricht
  3. Zusammenhalt: wähle eine Richtung, die der mittleren Position der benachbarten Boids entspricht

neighborhood diagram

Jeder Boid hat direkten Zugriff auf die gesamte geometrische Information der Szene, aber der Flocking Algorithmus erfordert, dass er nur auf Boids innerhalb einer bestimmten kleinen Umgebung (Neighbourhood) um sich selbst reagiert. Die Nachbarschaft ist durch eine Entfernung (gemessen vom Zentrum des Boids) und einen Winkel, gemessen von der Flugrichtung des Boids, gekennzeichnet. Boids außerhalb dieser lokalen Nachbarschaft werden ignoriert. Die Nachbarschaft könnte als ein Modell der eingeschränkten Wahrnehmung (wie bei Fischen in trübem Wasser) betrachtet werden, aber es ist wahrscheinlich richtiger, sie als die Region zu betrachten, in der die Artgenossen die Steuerung eines Boids beeinflussen.

In Zusammenarbeit mit einigen Mitarbeitern der Symbolics Graphics Division und Whitney / Demos Productions haben wir einen animierten Kurzfilm mit dem Boids-Modell namens Stanley und Stella in: “Breaking the Ice”. Dieser Film wurde erstmals im Electronic Theater auf der SIGGRAPH ’87 gezeigt. Auf der gleichen Konferenz wurde auch ein technischer Aufsatz über Boids veröffentlicht. In den Kursnotizen für die SIGGRAPH ’88 gab es einen informellen Beitrag über Hindernisvermeidung.

Seit 1987 gab es viele weitere Anwendungen des Boids-Modells im Bereich der Verhaltensanimation. Der erste war der Tim-Burton-Film Batman Returns von 1992. Er enthielt computersimulierte Fledermaus- und Pinguinschwärme, die mit modifizierten Versionen der ursprünglichen, bei Symbolics entwickelten boids-Software erstellt wurden. Andy Kopra (damals bei VIFX, das später mit Rhythm & Hues fusionierte) produzierte realistische Bilder von Fledermausschwärmen. Andrea Losch (damals bei Boss Films) und Paul Ashdown erstellten eine Animation einer “Armee” von Pinguinen, die durch die Straßen von Gotham City marschieren.

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Das ist vorallem in diesen zwei Filmausschnitten zu sehen:

Für die objektorientierte Programmiersprache Processing gibt es ebenfalls eine sehr representative Darstellung zu Boids und der Programmierung.*

1 http://www.red3d.com/cwr/boids/

https://cs.stanford.edu/people/eroberts/courses/soco/projects/2008-09/modeling-natural-systems/boids.html

Bild:

1 http://www.red3d.com/cwr/boids/

*https://processing.org/examples/flocking.html

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