近似模拟实现Floking

本仓库中代码为某大厂公开课第十周的课后作业，通过MyFish类和MyFlocking类实现，是基于传统Boids算法的近似模拟版本。使用UE5.4纯C++语言编写。

参数	描述
CoefficientOfLeader	控制普通鱼向领导鱼位置移动的力度
CoefficientOfRepulsion	控制鱼之间相互排斥的力度
CoefficientOfLeaderVelocity	控制普通鱼向领导鱼速度方向对齐的力度
RadiusOfLeaderFish	领导鱼随机移动的范围半径
UpdateTargetTime	领导鱼更新目标位置的时间间隔

实现架构

类结构

• AMyFlocking: 鱼群控制器，管理所有鱼的生成与行为规则
• AMyFish: 单个鱼的行为实现，处理自身的运动与物理

原理

本项目基于简化的Boids算法实现：

1. 领导者-追随者模式：设置一条特殊的领导鱼，其他普通鱼会跟随它
2. 三种运动力的平衡：
   • 向领导鱼位置靠近的力（内聚力）
   • 鱼与鱼之间的排斥力（分离力）
   • 向领导鱼速度方向对齐的力（对齐力）
3. 领导鱼行为：领导鱼会在指定半径内随机移动，定期更新目标位置

代码实现细节

鱼群生成与初始化

鱼群控制器会在初始化时生成指定数量的鱼：

void AMyFlocking::SpawnFish()
{
    // 在随机位置生成所有鱼
    for (int32 i = 0; i < NumOfFish; i++)
    {
        FVector SpawnLocation = FMath::VRand() * 100.f;
        SpawnLocation.Z = 0.f;
        AActor* Fish = GetWorld()->SpawnActor<AActor>(FishClass, GetActorLocation() + SpawnLocation, SpawnLocation.Rotation());
        if (Fish)
            FishArray[i] = Fish;
    }
}

鱼群行为更新

鱼群控制器通过定时器定期更新所有鱼的行为：

void AMyFlocking::Update()
{
    UpdateLeaderFish();      // 更新领导鱼行为
    SetFishAccelerationDirection();  // 更新普通鱼行为
}

领导鱼行为

领导鱼会定期更新随机目标位置，并向该位置移动：

void AMyFlocking::UpdateTarget()
{
    FVector RandomVector = FMath::VRand();
    RandomVector.Z = FMath::RandRange(-0.2f, 0.2f);  // 限制垂直方向移动范围
    TargetLocation = RandomVector * RadiusOfLeaderFish + GetActorLocation();
}

普通鱼行为

普通鱼受三种力的影响：

1. 向领导鱼的位置移动的力（与距离成正比）
2. 与最近鱼的排斥力（与距离成反比的平方）
3. 向领导鱼速度方向对齐的力（固定系数）

使用说明

创建实例

在UE编辑器中，将MyFlocking类拖入场景，并设置FishClass为MyFish类的蓝图子类(注意替换代码中的<项目名>)。

参数调整

可以在编辑器中调整以下参数来改变鱼群行为：

• CoefficientOfLeader：增大该值会使普通鱼更紧密地追随领导鱼
• CoefficientOfRepulsion：增大该值会使鱼群更分散
• CoefficientOfLeaderVelocity：增大该值会使鱼群方向更一致
• RadiusOfLeaderFish：增大该值会扩大鱼群活动范围
• UpdateTargetTime：增大该值会使领导鱼目标变化更缓慢

存在问题

1. 未实现寻路算法实现鱼群避障
2. 仅粗略了解Boids算法便着手近似实现，没有实现完整的Boids算法三原则
3. 存在较大的性能开销问题
4. 相关参数在近似计算中影响非线性且不明确，对参数进行调整可能会出现意外的情况