Boids 2.2 – コード説明

1 概要
2 結合のアルゴリズム
- 2.1 重心の算出
- 2.2 進路変更
3 コード内容

概要

Boids 2.2では、分離(Separation)に加えて「結合(Cohesion)」のルールを導入する。結合行動の考え方は、ここでは以下の通りとした。

前方視角内に個体が存在する場合、それらの重心位置を求める
進行方向を、重心の方へ向けて少し変更する

結合のアルゴリズム

重心の算出

次図において、進行方向に直角な直線hより前方側の個体が存在する場合、それらの重心位置gを計算する。

${\bf g} = \frac{1}{n} \sum^n_{i=1} {\bf p}_i$

なお、視野角の前方判定はベクトルの前後判定によって行っている。

boid2x_cohesion_gravity_center

進路変更

先の図のように、自身の進行方向に対する群の重心の位置によって、以下の手順で進路を変更する。

重心位置が自身の進行方向に対して左右どちら側にあるかを判定
重心位置がが進行方向より右側にあるなら右へ、左側にあるなら左へ方向を少し変化させる。

これらの考え方はBoids 2.1の分離行動における回避動作と同じ。

コード内容

初期パラメータ定義

HTMLで定義する初期パラメータに、結合に関する以下の変数を追加する。

結合の進行方向の変化(BD22_COHESION_ANGLE)

  <script>
  //<![CDATA[
  BD22_V_MAX = 100;
  BD22_CREATURE_SIZE = 10;
  BD22_WALL_DETECTION_LENGTH = 100;
  BD22_WALL_REPULSION_PARAM = 16;
  BD22_VIEW_FIELD_LENGTH = 50;
  BD22_SEPARATION_ANGLE = 10 * Math.PI / 180;
  // Boids 2.2で追加：結合行動の速度の向きを変更する角
  BD22_COHESION_ANGLE = 5 * Math.PI / 180;
  BD22_INTERVAL_SEC = 0.05;
  //]]>
  </script>

//<![CDATA[

BD22_V_MAX = 100;

BD22_CREATURE_SIZE = 10;

BD22_WALL_DETECTION_LENGTH = 100;

BD22_WALL_REPULSION_PARAM = 16;

BD22_VIEW_FIELD_LENGTH = 50;

BD22_SEPARATION_ANGLE = 10 * Math.PI / 180;

// Boids 2.2で追加：結合行動の速度の向きを変更する角

BD22_COHESION_ANGLE = 5 * Math.PI / 180;

BD22_INTERVAL_SEC = 0.05;

//]]>

</script>

クラス変数

初期パラメータの保存のため、Creatureクラスのクラス変数を追加する。

  class Creature extends MovingAgent
    # private ｓtaticなクラス・プロパティ
    # 最大速度
    @_vMax: 100
    # 描画の基本となるサイズ
    @_drawSize: 8
    # 壁の衝突回避を認識する距離
    @_wallDetectionLength:  100
    # 反発力パラメータ
    @_wallRepulsionParam: 4
    # 視野の長さ(奥行)
    @_viewFieldLength: 100
    # 分離行動の回避角
    @_separationAngle: 0
    # 結合行動の回避角
    @_cohesionAngle: 0

class Creature extends MovingAgent

# private ｓtaticなクラス・プロパティ

# 最大速度

@_vMax: 100

# 描画の基本となるサイズ

@_drawSize: 8

# 壁の衝突回避を認識する距離

@_wallDetectionLength: 100

# 反発力パラメータ

@_wallRepulsionParam: 4

# 視野の長さ(奥行)

@_viewFieldLength: 100

# 分離行動の回避角

@_separationAngle: 0

# 結合行動の回避角

@_cohesionAngle: 0

パラメータのセッター

Controlerクラスに、Creatureクラス変数へのセッターを定義する。

  class Controler

    .....

    # 定数として扱うクラス変数を設定するメソッド群
    setVMax: (vMax) -> Creature._vMax = vMax
    setCreatureSize: (size) -> Creature._drawSize = size
    setWallDetectionLength: (pix) -> Creature._wallDetectionLength =  pix
    setWallRepulsionParam: (param) -> Creature._wallRepulsionParam = param
    setViewFieldLength: (length) -> Creature._viewFieldLength = length
    setSeparationAngle: (angle) -> Creature._separationAngle = angle
    setCohesionAngle: (angle) -> Creature._cohesionAngle = angle
    setIntervalSec: (@interval_sec) ->

class Controler

.....

# 定数として扱うクラス変数を設定するメソッド群

setVMax: (vMax) -> Creature._vMax = vMax

setCreatureSize: (size) -> Creature._drawSize = size

setWallDetectionLength: (pix) -> Creature._wallDetectionLength = pix

setWallRepulsionParam: (param) -> Creature._wallRepulsionParam = param

setViewFieldLength: (length) -> Creature._viewFieldLength = length

setSeparationAngle: (angle) -> Creature._separationAngle = angle

setCohesionAngle: (angle) -> Creature._cohesionAngle = angle

setIntervalSec: (@interval_sec) ->

パラメータのセット

HTMLで定義されたパラメータをControlerオブジェクトのセッターによってセットする。

# スクリプトが読み込まれた時の実行部分
jQuery ($) ->
  # Controlerを作成し、canvasオブジェクトを渡す
  canvas = $("#Boids22_canvas")[0]
  controler = new Boids22.Controler(canvas)
  # 固定パラメータのセット
  # パラメータの値は、Javascript形式でHTMLに埋め込まれている想定
  controler.setVMax(BD22_V_MAX)
  controler.setCreatureSize(BD22_CREATURE_SIZE)
  controler.setWallDetectionLength(BD22_WALL_DETECTION_LENGTH)
  controler.setWallRepulsionParam(BD22_WALL_REPULSION_PARAM)
  controler.setViewFieldLength(BD22_VIEW_FIELD_LENGTH)
  controler.setSeparationAngle(BD22_SEPARATION_ANGLE)
  controler.setCohesionAngle(BD22_COHESION_ANGLE)
  controler.setIntervalSec(BD22_INTERVAL_SEC)

  .....

# スクリプトが読み込まれた時の実行部分

jQuery ($) ->

# Controlerを作成し、canvasオブジェクトを渡す

canvas = $("#Boids22_canvas")[0]

controler = new Boids22.Controler(canvas)

# 固定パラメータのセット

# パラメータの値は、Javascript形式でHTMLに埋め込まれている想定

controler.setVMax(BD22_V_MAX)

controler.setCreatureSize(BD22_CREATURE_SIZE)

controler.setWallDetectionLength(BD22_WALL_DETECTION_LENGTH)

controler.setWallRepulsionParam(BD22_WALL_REPULSION_PARAM)

controler.setViewFieldLength(BD22_VIEW_FIELD_LENGTH)

controler.setSeparationAngle(BD22_SEPARATION_ANGLE)

controler.setCohesionAngle(BD22_COHESION_ANGLE)

controler.setIntervalSec(BD22_INTERVAL_SEC)

.....

Ceatureクラスの変更 – cohesion()メソッドの追加

Creatureクラスのmove()メソッドがcohesion()メソッドを呼び出すようにする。

  class Creature extends MovingAgent

    .....

    move: (interval_sec) ->
      # 壁を避ける
      @wallAvoidance()

      # 分離行動(separation)
      @separation()

      # 結合行動(cohesion)
      @cohesion()

      .....

class Creature extends MovingAgent

.....

move: (interval_sec) ->

# 壁を避ける

@wallAvoidance()

# 分離行動(separation)

@separation()

# 結合行動(cohesion)

@cohesion()

.....

coheion()メソッドを新たに定義する。

速度の方向を変化させる回転行列のcos、sinに対応したローカル変数cs、snを定義している
重心位置への参照がclusterCenterプロパティに保存されるが、視野内に個体が存在しないときはnullとなる
速度の回転方向は、右がマイナス方向、左がプラス方向となることに注意

    # Boids2.2
    # 結合行動(cohesion)
    # 前方視角180度以内の全個体の重心に向かって速度を少し変更する
    cohesion: ->
      # 群のうち認識した個体の数とそのグループの重心
      n = 0
      clusterCenter = null
      # 結合行動の方向転換計算用cos/sin
      cs = Math.cos(Creature._cohesionAngle)
      sn = Math.sin(Creature._cohesionAngle)

      # 自分以外の群のすべての個体についてサーチ
      for other in @cluster.creatures
        if other != this
          # 相手が自身の前方にいるなら、その位置を考慮
          if other.isInFrontOf(this)
            n++
            if clusterCenter?
              clusterCenter.plusEq(other.pos)
            else
              clusterCenter = new Vector(other.pos.x, other.pos.y)

      # 前方の相手が1つでも存在すれば、結合行動をとる
      if clusterCenter?
        clusterCenter.divEq(n)
        # 重心が自分の右にあれば左に、自分の左にあれば右に進路を変更
        if clusterCenter.isOnTheRightOf(this)
          vx =  @v.x * cs + @v.y * sn
          vy = -@v.x * sn + @v.y * cs
        else
          vx = @v.x * cs - @v.y * sn
          vy = @v.x * sn + @v.y * cs
        @v.x = vx
        @v.y = vy

# Boids2.2

# 結合行動(cohesion)

# 前方視角180度以内の全個体の重心に向かって速度を少し変更する

cohesion: ->

# 群のうち認識した個体の数とそのグループの重心

n = 0

clusterCenter = null

# 結合行動の方向転換計算用cos/sin

cs = Math.cos(Creature._cohesionAngle)

sn = Math.sin(Creature._cohesionAngle)

# 自分以外の群のすべての個体についてサーチ

for other in @cluster.creatures

if other != this

# 相手が自身の前方にいるなら、その位置を考慮

if other.isInFrontOf(this)

n++

if clusterCenter?

clusterCenter.plusEq(other.pos)

else

clusterCenter = new Vector(other.pos.x, other.pos.y)

# 前方の相手が1つでも存在すれば、結合行動をとる

if clusterCenter?

clusterCenter.divEq(n)

# 重心が自分の右にあれば左に、自分の左にあれば右に進路を変更

if clusterCenter.isOnTheRightOf(this)

vx = @v.x * cs + @v.y * sn

vy = -@v.x * sn + @v.y * cs

else

vx = @v.x * cs - @v.y * sn

vy = @v.x * sn + @v.y * cs

@v.x = vx

@v.y = vy

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パラメータのセッター

パラメータのセット

Ceatureクラスの変更 – cohesion()メソッドの追加

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初期パラメータ定義

クラス変数

パラメータのセッター

パラメータのセット

Ceatureクラスの変更 – cohesion()メソッドの追加

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