Akvarium: Jak Ryby Pływają Razem Bez Lidera

Żaden ryb nie nadaje rozkazu

Szkoła ryb poruszająca się w gładkim, skoordynowanym falowaniu wygląda na choreografię, ale nie ma jednego ryba-przywódcy, który kierowałby grupą i nie istnieje centralny plan. Każdy z ryb reaguje jedynie na swoich sąsiednich ryb, stosując niewielki zestaw prostych lokalnych zasad – a imponujące zachowanie na poziomie grupy wyłania się z tysięcy tych niezależnych decyzji podejmowanych jednocześnie. Tego typu samoorganizujące się ruch grupowe nazywa się formowaniem (flocking), a klasycznym modelem obliczeniowym dla niego jest Boids, stworzony przez informatyka Craiga Reynoldsa w 1986 roku.

Reynolds zaproponował tylko trzy zasady, które były stosowane jedynie do ryb w zasięgu wzroku sąsiednich ryb w określonym promieniu:

rozróżnianie – sterowanie, aby odsunąć się od ryb zbyt blisko (unikanie tłoku)

dopasowywanie kierunku – sterowanie w stronę średniej pozycji głowy sąsiadujących ryb

zbieżność – sterowanie w stronę średniej pozycji sąsiednich ryb

Należy zrównoważyć te trzy siły – zwykle, z silniejszym naciskiem na rozróżnianie, aby ryby nie kolidowały – i aktualizować prędkość każdej ryby o niewielką wartość w każdym kadrze, bazując jedynie na jej lokalnym sąsiedztwie oraz całej grupie. W ten sposób grupa zaczyna się obracać, rozdziela się wokół przeszkód i formuje ponownie, faluje falami, wszystko to bez wiedzy żadnego z ryb o kształcie całej szkoły.

separation   steer away from neighbours that are too close (avoid crowding)
alignment    steer toward the average heading of nearby neighbours
cohesion     steer toward the average position of nearby neighbours

Dlaczego prawdziwe ryby tak robią

Szkolenie oferuje prawdziwym rybom mierzalne korzyści przetrwalnicze, dlatego zachowanie wyewoluowało niezależnie w wielu gatunkach. Zgrany, szybki ruch szkolny utrudnia drapieżnikowi celne trafienie w pojedynczą osobę – zjawisko to badacze nazywają efektem dezorientacji, a nagły, skoordynowany zwrot od zagrożenia może rozchodzić się przez całą grupę jako fala widoczna w ciągu ułamka sekundy, znacznie szybciej niż gdyby jedna ryba reagowała sama. Pobijanie się blisko innych może również zmniejszyć opór dla niektórych ryb (podobnie jak ptaki latające w formacji) i poprawić zbiorową zdolność grupy do wykrywania pożywienia lub zagrożeń, ponieważ wiele par oczu i czujników boczne obejmuje większą powierzchnię niż jedna.

Czucia bez kontaktu wzrokowego: nerw boczny

Ryby nie polegają wyłącznie na wzroku, aby śledzić pozycję i prędkość swoich sąsiadów. Wzdłuż każdej strony ciała ryby biegnie nerw boczny – rząd narządów czuciowych, które wykrywają drobne zmiany ciśnienia i ruchy wody spowodowane przez pływające obok ryby. Pozwala to rybie wyczuć ruch sąsiedniej ryby nawet w mętnej wodzie lub z niewielkiej odległości, gdzie nie może być bezpośrednio widoczna – co jest częściowo przyczyną, dla której stada utrzymują ciasną formację i reagują chórem, nawet w nocy lub w zasłoniętej wodzie.

Dodawanie przeszkód i karmienie symulacji

Czwarta zasada, unikanie kolizji, kieruje każdy symulowany ryb akwalina z dala od ścian akwarium, skał lub innych barier – zazwyczaj realizowana poprzez rzucenie krótkiego promienia lub sprawdzenie najbliższego obszaru przed rybiem i dodanie siły odpychającej, jeśli wykryto przeszkodę, na dodatek do trzech sił formowania grupy. Zachowanie karmienia dodaje siłę poszukiwania celu w kierunku cząstek pokarmu, która tymczasowo wykracza lub miesza się z kohezją, dlatego szkoła rozproszona łamie formację i zbliża się do pokarmu, a następnie ponownie układa się w zachowanie szkolne po jego spożyciu – ta sama sztuczka mieszania sił, tylko z nowym przyciągaczem dodanym do mieszanki.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Aquarium i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.