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1 Schwärme – steering behaviors Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut.

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Präsentation zum Thema: "1 Schwärme – steering behaviors Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut."—  Präsentation transkript:

1 1 Schwärme – steering behaviors Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

2 2 Schwärme – steering behaviors Tierreich – Schwärme, Schulen, Herden… Wanderheuschrecken-500 Mrd. Dreistachelige Stichlinge-500 Mrd. Springböcke Monarchfalter-50 – 100 Mio. Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

3 3 Schwärme – steering behaviors Schwärme regelbasiertes Verhalten in dezentralen homogenen Systemen Wechselwirkung vieler einzelner Denkprozesse können zur Effizienzsteigerung des Gesamtsystems Leistungverschlechterung des Gesamtsystems führen Untersuchungsansatz der Wissenschaft Unter welchen Bedingungen führt Interaktion von Individuen zur Effizienzsteigerung bzw. Leistungsverschlechterung des Gesamtsystems? Untersuchungsstrategie Simulation des komplexen Verhaltens von Fisch- und Vogelschwärmen Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

4 4 Schwärme – steering behaviors Schwärme – historischer Abriss biologisch – bis weit ins 20. Jh. – schwieriges Problem -bis in die 30er Jahre – Annahme von Gedankenübertragung von Vögeln 1965 – These über Sphären -Bedürfnis eines Individduums in die Sphäre des anderen einzudringen -erklärt Schwarmzusammenhalt, jedoch keine komplexen Schwarmverhalten 1985 – Susan Amkraut & Micheal Girard Eurhythmy -Animationssequenz eines Taubenschwarms -anziehende Kraft – Zusammenhalt der Gruppe -abstoßende Kraft – verhindert Zusammenstoß der Tiere Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

5 5 Schwärme – steering behaviors Schwärme – historischer Abriss II 1987 – Computerwissenschaftler Craig Reynolds -Beobachtung von Amselschwärmen in der Mittagspause -Suche nach einem Führungstier - erfolglos Schlussfolgerung -Schwarmverhalten ist Überlagerung der Bewegung einzelner Tiere -Einzeltiere folgen einfachen Regeln Schwarm – Modell -Grundlage heutiger autonomer Robotersysteme bis heute -Erweiterung, Verfeinerung des Schwarmmodells -zahlreiche Verwendung in Film- und Spieleindustrie Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

6 6 Schwärme – steering behaviors Schwarmmodell (nach Craig Reynolds) große Anzahl künstlicher Objekte (Boids) deren Bewegungsmuster Schwärmen ähneln Grundmodell basiert auf drei einfachen Regeln Reaktionen eines Boids auf Position und Geschwindigkeit seiner Nachbarn Boids einzelne simulierte Kreatur Punkt-Masse – Objekte mit Position und Geschwindigkeit Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

7 7 Schwärme – steering behaviors Schwarmmodell (nach Craig Reynolds) II Separation (Kollisionvermeidung) Abstand zu anderen Individuen halten (Menschen in der Fußgängerzone) meist nur unmittelbares Umfeld Beachtung anderer in eigener Bewegungsbahn Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

8 8 Schwärme – steering behaviors Schwarmmodell (nach Craig Reynolds) III Alignment (Ausrichten) Versuch sich dem Verhalten einer Gruppe anzugleichen Angleichen des Richtungs- vektors an den Durchschnitts- richtungsvektor der Umgebung Nach Anpassung vollzieht die Gruppe Richtungsänderungen als Einheit Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

9 9 Schwärme – steering behaviors Schwarmmodell (nach Craig Reynolds) IV Cohesion (Zusammenhalt) zuständig für den zusam- menhalt einer Gruppe Zusteuerung auf die durschnittliche Position der Umgebung nur in Verbindung mit Separation, sonst steuern alle auf einen Punkt zu Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

10 10 Schwärme – steering behaviors Schwarmmodell (nach Craig Reynolds) V Flocking Verhaltensweise, die es Individuen erlaubt, sich einer Gruppe anzuschließen Kombination von separation, cohesion und alignment Gewichtung der Steuersignale beeinflusst Form des Schwarms Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

11 11 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors logische Weiterentwicklung des Boids-Modell zusätzliche Steuerungsverhalten z.B. Regeln zum Hindernisausweichen wieder ausschließlich Strategien basierend auf lokalen Informationen Steering Behaviors – Craig Reynolds, 1999 Verhaltensweisen für die unterste Steuerungsebene koplexer autonomer Systeme Steering Behaviors – Robin Green, 2000 enstand als Teil der Entwicklung des Spiels Dungeon Master 2 Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

12 12 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors II Grundlegende Steuerfertigkeiten eines einzelnen Individuums seek and flee pursuit, evasion and offset pursuit arrival obstacle avoidance path following Steuerfertigkeiten eines Gruppenmitglieds separation cohesion alignment flocking leader following Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

13 13 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors IIa seek and flee Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

14 14 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors IIb arrival Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

15 15 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors IIc obstacle avoidance Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

16 16 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors IId path following Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

17 17 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors IIe leader following Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

18 18 Schwärme – steering behaviors Steering Behaviors IIf queuing Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

19 19 Schwärme – steering behaviors Simulation mit steering behaviors action selection Ziele – Strategien – Planung steering Pfadberechnung - Steuerung locomotion Animation - Bewegung Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

20 20 Schwärme – steering behaviors action selection (mind) vorgegebenes Regelwerk Gehirn des autonomen Fahrzeugs Erzeugen des endgültigen Steuervektors einzelne Verhalten (Rolle der Sensoren) Möglichkeit zur zweckdienlichen Analyse der Umwelt Erzeugen eines eigenen Steuervektors für das entsprechende Verhalten gewichtetes Zusammensetzen der Einzelvektoren Verschiedenste Implemetierungen möglich z.B. simpleMind – priorityMind Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

21 21 Schwärme – steering behaviors action Selection – simpleMind einfachste Art der Implementierung Zuordnung: Verhalten Einfluss Beispiel Produkte aus Einzelvektoren und deren Einfluss Addition der Produkte zum Engültigen Steuervektor (evtl. Normierung) Separation oder ObstacleAvoidance oft höhere Priorität Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert VerhaltenEinfluss Separation4 Cohesion5 Alignment3

22 22 Schwärme – steering behaviors action Selection – priorityMind Unterdrücken einzelner Verhalten möglich Einfluss (siehe simpleMind) entspricht prozentualem Anteil an der maximal einsetzbaren Kraft des Fahrzeugs priorityMind verteilt die maximal verwendbare Kraft an die Einzelverhalten Beispiel Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert

23 23 Schwärme – steering behaviors Quellen - Links steering behaviors Craig Reynolds: Boids, steering behaviors Swarm - Distributed programming of autonomous robots Roboter-Herden und simuliertes Schwarmverhalten Aktorik, Lernen, Motion Tracking, diverse Roboter HK Kognitive Robotik II Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz, Institut für Informatik, HU-Berlin Behrang Alavi, Ferry Bachmann, Frank Holfert


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