Як птахи літають зграями?

Розгадано таємницю за допомогою спостереження за сусідами, а не за зграєю

Мурмурація – це аеродинамічна демонстрація тисяч європейських старців на заході сонця, коли вони звиваються та змінюють форму, наче жива рідина, і жоден птах не здається видимим лідером. Спочатку припускали телепатію або прихованого лідера, який сигналізує всім іншим – справжня відповідь, виявлена в 1980-х роках, набагато елегантніша: кожен птах відстежує лише найближчого сусіда ( польові дослідження встановили, що кількість становить близько семи, незалежно від відстані між ними), і дотримується невеликої кількості місцевих правил. Загадна краса повністю виникає з локальної інформації, і жоден птах ніколи не бачить форми зграї в цілому.

Алгоритм Бвоїдів: три правила керування

У 1986 році дослідник комп’ютерної графіки Крейг Рейнольдс створив програму під назвою Boids ("bird-oids") яка відтворює зграйність, використовуючи лише три правила керування, застосовані до кожного індивідуума що кадр: розділення – ухилятися від сусідів, які занадто близько, щоб уникнути зіткнень; узгодження – орієнтуватися на середню швидкість і напрямок сусідніх бвоїдів; та згуртованість – рухатися до середньої позиції сусідніх бвоїдів, щоб залишатися разом як група. Стаття Рейнольдса 1987 року отримала Академічну нагороду за науково-технічні досягнення за використання анімації натовпу та зграй тварин у голлівудських фільмах – ті самі три правила відтворюють зграї птахів, школи риб та зграї комах.

separation_force += (p_self − p_j) / |p_self − p_j|²   for each close neighbour j
alignment_force  = mean(v_neighbours) − v_self
cohesion_force   = mean(p_neighbours) − p_self
velocity += w_sep·separation + w_ali·alignment + w_coh·cohesion  (then clamp to max speed)

Виникнення та де ще це проявляється

Зграйність — це класичний приклад виникнення: складну колективну поведінку, що виникає за рахунок простих індивідуальних правил без централізованого контролю, створюючи властивості зграї, яких жодна окрема птаха не має. Ця ж сама схема повторюється скрізь — мурашині колонії вирішують проблеми найкоротшого шляху лише за допомогою феромонних слідів, утворення та розчинення заторів відбуваються хвилями без будь-якої аварії, і навіть свідомість виникає з мільярдів індивідуально несвідомих нейронів. Крім біології, стилі Boids локальних правил тепер керують роями дронів, які продовжують функціонувати навіть у разі відмови координатора, складські роботи (наприклад, флоти Amazon Kiva), що орієнтуються за допомогою виникнення координації, алгоритми роїв частинок, що використовуються в інженерії та машинному навчанні, а також моделі трафіку на основі агентів, де кожен змодельований автомобіль слідує простим локальним правилам.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.