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Oliver Tschesche:
Parallele Simulation und Visualisierung von großen Tierschwärmen mit OpenCL
Erstgutachter: Prof. Dr. Oliver Vornberger
Zweitgutachter: Prof. Dr. Kai-Uwe Kühnberger
Kontakt: otschesc@uni-osnabrueck.de
Arbeit als PDF: Bachelorarbeit (∼3,5 MB)
Zusammenfassung
Die Tierwelt zeigt eine Vielzahl von Verhaltensweisen und Überlebensstrategien, die sowohl faszinierend als auch raffiniert sind. Eine dieser Verhaltensweisen ist das Auftreten von Tierschwärmen in der Natur. Diese Schwärme bieten unter anderem Schutz vor Fressfeinden, erleichterte Nahrungssuche und erleichterte Bewegung. Dabei können sich Schwärme aus mehreren Milliarden Individuen bilden. Obwohl dadurch äußerst komplexe Konstrukte entstehen, verwaltet sich der ganze Schwarm ohne eine übergeordnete Entität von selbst. Dies ist möglich, indem sich jedes einzelne Tier an gewisse Handlungs-vorschriften hält. Folgen alle Tiere denselben Vorschriften, entsteht ohne viel Aufwand für das einzelne Tier eine große, komplexe Formation.
Für diese Arbeit wurde ein System entwickelt, das selbst große Tierschwärme in Echtzeit berechnen und darstellen kann. Das hier entwickelte Programm hat dabei den Anspruch, ohne viel Aufwand auf möglichst viele verschiedene Tierarten anwendbar zu sein. Als Beispiel dienen dazu je ein Fisch- und ein Vogelschwarm. Diese Schwärme funktionieren vom Grundsatz her gleich, unterscheiden sich in der Natur jedoch deutlich voneinander. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie dieses System in der Lage ist durch nur minimale Änderungen den Wechsel der Tierarten zu verwirklichen. Somit zeigt das System eine hohe Generalisierbarkeit und Wiederverwertbarkeit, sodass die Schwarmsimulation auch in andere Anwendungen gut integrierbar ist.
Da die Berechnung vieler Individuen in Echtzeit sehr rechenaufwändig sein kann, liegt ein Schwerpunkt der Arbeit auf der parallelen Berechnung der Simulation. Dies wird durch die Auslagerung der Berechnungen der einzelnen Individuen auf die Grafikkarte realisiert, da diese darauf ausgelegt ist viele möglichst gleichartige Berechnungen sehr schnell durchzuführen. Damit ist dieser Ansatz optimal für diese Simulation.
