改进CGA在3D动漫造型设计中的应用
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Se 6替换。遍 历辅 助网格 ,设 a 为辅助网格 中任一个 tp ’
体 ,a为操作 网格中与 a 相 同位置 的对应个体 ,分别计算 a ’ ’
A1 C S规则表达 式中选择一个 作为变异操作 的父辈森林 , 在该
森林的 3棵 A I C S规则表示二叉树上分别 随机选择一个变异
的适 应度值 V l ( ’ a的适应度值 V l () au a) e 和 a ea ,比较两者大 u
的操 作 ,即选择 中心元胞邻 居中的 2个个体执行交叉操作 , 对交叉生成的个体进行变异生成新个体 , 其过程如 图 1 所示 , 其中 ,中心元胞采 用 L 5型邻域 ,如 图 1粗线所围的区域所 示 ;元胞遗 传算法 更新策 略是指局部邻域间相互作用的一种 规划机制 , 依据不 同的更新策略 , GA分为 同步元胞遗 传算 C
a o t d f rt e g n r t n o l x r s i nswi i e s e g h a o t n . r u h h ma — o u e t r c i n, x e tk o e g s u e o d p e e e a i fr e e p e so t d v re ln t nd c n e t Th o g u n c mp t ri e a t o h o u h n o e p r n wl d e i s d t d t r i et eft e sv l eof n v d a s Ex e i n a e u t nECTDS o D n ma i n mo e i g i no a i y t m h w h tt ea g rt m a ee m n h in s a u di i u l . p rme t l s lso i r f3 a i t d l n v t o n on s se s o t a h l o i h cn g n r t e i so i i n r ai e mo e i g . e e a e as r fv v d a d c e t d l s e v n
T C A算法的基 本步骤如下 : IG Se l初始化种群 ,设置初始种群个数为 n tp 。将 n个种
群个体映射到 p q的二维 四方网格( X 本文称该 网格为操作 网
格 ,且 p q X ≥n) 中。同时,建立一个单行且与操作 网格每行
动漫 产业作为 2 世纪 的朝 阳产业 , l 近几年来在 我国发展 迅速 ,然 而作为整个动漫产业的前沿和发展方向的 3 动漫 D 在其发展过程 中遇 到了许 多问题 。其 中,造型制作 周期 长、 设计成本高、创新性不足等成为突出问题。近年 ,国内外专家
索全 局最优解 的目的。作为一种新兴 的遗传算法模式 ,国内 有关元胞遗传算法 的研究还较少 。南昌航 空大学和南京航空
航 天大 学的研 究人员对 元胞遗 传算法 的演化规 则进行 了研 究 ,并提 出了改进 的演化规则 。文献【】 出了一种多 目标 3提 元胞遗传算法 。
2 T C A算法流程 . IG 1
[ s at nodrogn rt ait fn o a v D nmao d l g uo t al a rv dC l lr nt g rh C Ab t c]I re eea avr yo n vt e3 ai t nmo ei s tmai l , ni o e el a ei Aloi m(GA)s r t e e i i i n a c y mp u Ge c t i
方向上实施非均 匀缩放变形 ,采用树 结构编码 生成 长度和 内容变化较大 的规则表达式 , 通过人机交互 的方式 ,利用专家知识确定 个体适应
度值 。基于 3 D动漫造型创新系统 E T S的实验结果表 明,该算法可以生成一系列生动 的创新造型 。 C D 关健词 :元胞遗 传算法 ;树结构编码 ;人机交互 ;3 D动漫造 型
究生
港理工大学开发出的结合遗传算法、协同机制和机器学 习的 原型系统可 以生成一些产 品的创新造 型,如手机 、台灯 J 。 本文将元胞遗传算法运用到 3 动漫造型设计中 ,以实现创 D
弘 ,教授、博士生导师 ;于汉超 ,硕士研
收稿 日 : 0 1 5 9 期 2 1— — 00
Ema :yp4 @13 o - i x73 6 . m l c
第 3卷 8
第1 期
杨晓鹏 ,刘
弘 ,于 汉超 :改进 C GA在 3 D动漫造 型设计 中的应 用
29 4
原 中心元胞对应的相同位置 处。 Se 5系统显示辅助 网格个体 ,由专家打分 ,指定适应 tp 度值 。
表示二叉树上分别随机 选择 一个 交叉点 ,对应 的交叉以该交 叉点为根的 2棵子树产 生 2个新 的规则表示二叉树森林 。 () I 2AC S规 则表达 式的变异操 作。从 2 个交叉 生成 的
D : 03 6 0i n10 —4 82 1 .1 8 0I 1 . 9 .s.0 03 2 . 2 . 1 9 s 0 00
l 概 述
元胞遗传 算法 (ell e e cAloi m,C A …是元 C l a G n t gr h ur i t G )
新造 型的生成 。
2 改进的元胞遗传算法 T C A IG
针对 元胞遗传算法编码方式不够灵活和创新设计没有统
一
胞 自动机与遗传算法的结合体 ,该算法使 用元胞 自动机 的演
化规 则代替遗传算法中的交叉机 制,其核 心在于将遗传操作 局限于个体邻域 内,反复进行局部的交互操作 ,最终实现搜
评价标 准的问题 ,本文采用灵活的树结构编码并 引入人机
交互方式 ,提 出了一种改进 的元胞遗传算法——基于树结构 的交互式元胞遗传算法 TC A。 IG
Ap l a i n o p o e l l rGe ei g rt m p i to f m r v d Cel a n tcAl o i c I u h
i D i a i n M o e i g De i n n 3 An m to d l sg n
YANG a . e g , LI Ho g , Xio p n , U n YU n c a 一 Ha . h o ' 2 ( . c o l f n oma o c n e n n i e r g S a d n r a Unv ri , ia 5 0 4 Chn ; 1 S h o o I f r t n S i c dE gn e i , h n o g m l ies y J n2 0 1 , ia i e a n No t n 2 S a d n r vn i yL b rt r r it b tdC mp tr o w r v l e h oo y Jn n2 0 1 , hn ) . h n o gP o ica Ke a o ao y o s i ue o ue f a e l f D r St No e T c n lg , i a 5 0 4 C ia .
prp s d o o e .ACI ul x rsinsaeu e o u e e l c l h x sig 3 a i t n mo eig i hredr ci s n re sr tr o ig i S r ee p eso r s d t n v ny s ae tee itn D nmai d l n t e ie t o n on ,a d te —t u ec dn s uc
中 分 号: P97 图 类 T3 . 12
改进 C GA在 3 动漫造型设计 中的应 用 D
, 杨晓鹏 ,刘 弘 ,于汉超 2 , 一
(. 1 山东师范大学信息科 学与工程学 院,济 南 2 0 1 ;2 山东省分布式计算机软件新技术重 点实验室 ,济南 2 0 1) 504 504 摘 要 : 自动生成新颖多样的 3 为 D动漫造型 ,提出一种改进的元胞遗传 算法( G ) C A 。使用 A I 规则表达式对 已有的 3 CS D动漫造 型在 3 个
方面的重要性 ,成功地将遗传算法应用到建筑造 型创新设计 q J eet o S d u利用计算机模拟技术生成了雕刻、台 j 。C lsn o d i 灯等艺术 品 。在 国内,浙江大 学的研究人员在创新原 理、 J 创新过程 的描 述模 型和计算模型方面做了很多探索性 的工作
j
,
小。若 V le >Vlea ,则用 a 替换 a, a ( ) au() ua ’ 否则 , 不予替换。 全部替换 完成 后清空辅助网格 。
点 ,用 3棵新子树分别替代相应 的以该变异点 为根 的子树。 23 人机交互 . 动漫造型设计是一种以人的主观导 向为主 的设计活动 , 因为在创新设计过程中涉及到很 多隐性指标 , 如造型美观 度、 造型仿真度、造型创意度。在 利用元 胞遗传算法进行动漫造
型设计 的过程 中,作为衡量一个动漫造型优劣 的主要指标 , 隐性指标难 以用 明确 的函数表示。因此本文在元胞遗传算法 的基础 上,引入 了人机交互方式,通过专 家知识确定个体的
Se 7若线性扫描结束 ,显示新种群 ;否则 ,转 Se 3 tp t 。 p Se 8若满足终止条件 ,结束 ;否则 ,转 Se 2 tp t 。 p 其中 ,元 胞操作是指在 中心个体邻域内进行的遗传 算子
个体数 目相 同的网格作为接下来元胞操作所需的辅助网格 。
Se 2 系统显 示操作 网格个体 ,由专家打分 ,指 定适应 tp 度值。
利用进化计算方法进行 了大量创 新设计 的研究 。R .et y J ne B l 阐述 了利用遗传算法进行创新和优化概念设计 的思想,结合 造型技术生成 了汽车和椅子等模 型_。Jh rzr系统描述 4 o nF ae J
第3 8卷 第 1 期
Vo -8 l3
・
计算机源自工程 21 0 2年 1月
J n r 2 2 a ua y 01
NO. 1
Comp t rEng n e i g ue i e rn
开发研究与设计技术 ・
文 编 1 0 3 802 1 4 _ 文 标 码: 章 号: o _ 4 ( 10 2 . 3 0 2 2 )— 8 0 献 识 A
(Z 08 0 , R 00 L 1;山东省分布 式计算机 软件 新技术重点 Z 20G 2 Z 2 1Q 0)
实验室基金资 助项 目
推动 了计 算机辅 助创新技术 的发展。山东 师范 大学与香
作者简介 : 杨晓鹏( 8 一) 女 , 17 , 9 硕士研究 生, 主研方 向: 计算机辅
助设计 ,进化 计算 ;刘
[ ywo d ]C l lr n t g rh C Ke r s el a eiAloi m(GA)t esrcue o ig h ma -o ue t at n 3 nmainmo eig u Ge c t ; e— utr dn ; u nc mp trne ci ; Da i t d l r - t c - i r o o n
了互动界 面、构件设计以及 有机 生长这 3个问题在建筑设计
Se 3线 性扫 描。采 用异步元胞遗传 算法 更新策 略的线 tp 性扫描方式对操作 网格 中的个体进行扫描 ,对 扫描 行执行元
胞操作 。
Se 4预 替换 。在辅助 网格 中,将新 生成 的个体置于与 tp
基金项 目:国家 自然科学基金资 助项 目( 9 0 0 ) 6 7 0 4 ;教 育部博士点 0 基 金 资 助项 目( 0 3 0 10 0 ) 山东 省 自然 科学 基金 资 助项 目 2 9 7 4 10 2 ; 0