6 4 Das Schwarmmodell 4.1 Grundmodell In  einem  Schwarm  ersetzte  Reynolds  [Reynol87]  die  Teilchen  durch  geometrische  Wesen, Boids¹    genannt.    Ein    Schwarm    ist    eine    Gruppe    von    Objekten,    die    sich    in    einer zusammenhängenden,  nichtkollidierenden  Gesamtbewegung  darstellt.  Ein  Schwarm  besteht aus  einer  Gruppe  voneinander  getrennter  Individuen,  der  sich  in  einer  optisch  komplexen Form bewegt. Diese besitzen nun eine Lage und eine Richtung, was das neue System um bis zur   Ordnung   2   erweitert.   Darüber   hinaus   müssen   diese   Boids   mit   anderen   interagieren können.   Dabei   stellt   sich   schließlich   die   Frage,   wie   sich   eine   Schwarmbewegung   im Computer   und   später   an   Robotern   simulieren   lässt.   Eine   mögliche   Lösung   wäre   die Aufzeichnung aller Wege eines jeden Objekts. Dabei zeigt sich jedoch sehr bald, dass ab einer bestimmten  Anzahl  von  Objekten,  diese  Methode  zu  aufwendig  und  fehlerbehaftet  ist.  Bei Richtungswechseln zum Beispiel gibt es viele Kollisionen. Reynolds   fand   einen   weitaus   besseren   Ansatz.   Er   ging   von   der   Tatsache   aus,   das   eine Schwarmbewegung das Resultat des Zusammenspiels vieler einzelner Boids ist. Also liegt es nahe das Verhalten eines einzelnen Boids so zu bestimmen, dass er sich mit Artgenossen zu einem  Schwarm  zusammenschließt.  Dazu  sind  allerdings  Teile  der  Wahrnehmungsfähigkeit der Umgebung und die Simulation einiger Aspekte der Flugphysik notwendig. Jeder    Boid    besitzt    eine    Zustand    und    einen    Verhaltenskatalog,    welcher    im    Sinne objektorientierter Programmierung wie Objekte behandelt werden. Die Verhaltensrichtlinien drücken sich mit absteigender Priorität wie folgt aus: 1) Sie   sollen   zwar   Kollisionen   vermeiden   aber   dennoch   zu   allen “Artgenossen“ einen möglichst geringen Abstand halten. 2) Sie    sollen    sich    der    Geschwindigkeit    der    Art-genossen    in    der Nachbarschaft anpassen. 3)   Sie sollen sich zur Mehrheit hin bewegen (d.h. zur größten Dichte in der Umgebung). Diese    drei    einfachen    Regeln,    deren    Zusammenspiel    eine    Schwarmstruktur    begünstigt (Abbildung 4), ergeben  ein  ganz  natürliches und von außen betrachtet komplexes Verhalten. Das Verhalten setzt aus all den lokalen Aktivitäten zusammen. Aus den lokalen Interaktionen entsteht   das   Gesamtverhalten   und   der   Gesamtzustand   beeinflusst   wiederum   die   lokalen Bedingungen. Die Entwicklung eines solchen Systems ist nichtlinear und kann deshalb nicht vorausberechnet werden. Jeder  der  drei  Verhaltensarten  drückt  sich  als  ein  Beschleunigungs-Vektor  unterschiedlicher Länge    (je    nach    Gewichtung)    aus.    Kombinationen    unterschiedlicher    Vektoren    bilden schließlich die resultierende Schlussrichtung (Abbildung 10).                                                   1 Ein Boid (“bird-oids“ = animierte Vögel) ist ein simuliertes Objekt mit vogelartigen Verhalten.