Wirtualne światy i ich mieszkańcy (część II)

Arleta Piwowarczyk

Przez moment oczy przesłania słoneczny blask, który zupełnie oślepia. Gdy promienie trochę osłabną, przed naszym wzrokiem rozpościera się przedziwna kraina. Ogromny pałac z mnóstwem przedsionków, w marmurowej posadzce przegląda się słońce, a długi rząd kolumn zdaje się nie mieć końca i ginie gdzieś w linii horyzontu. Dookoła panuje cisza, ale daleki, przytłumiony dźwięk powoli narasta. Nagle, jakby znikąd pojawia się stado. Unosi się w powietrzu w doskonałej harmonii. Każdy z osobników w stadzie zna swoje miejsce, wszystkie zręcznie omijają wysokie kolumny i kontynuują swoją nadziemną wędrówkę nie wiadomo skąd i po co...

W pierwszej części artykułu o sztucznych organizmach przedstawiłam kilka projektów o mniejszej złożoności. Teraz czas na bardziej skomplikowane systemy.

Takie zachowanie się stada, jak opisano powyżej, wykazują stworzone przez Craiga Reynoldsa ptakopodobne formy nazwane przez niego boidami. Przypisał on każdemu boidowi następujące reguły postępowania:

• Każdy boid zachowuje bezpieczną odległość od sąsiednich boidów.
• Każdy boid dopasowywuje swoją prędkość i kierunek lotu do sąsiednich boidów.
• Każdy boid stara się być w środku grupy sąsiednich boidów.
• Każdy boid unika przeszkód.
• Każdy boid może opuścić stado, gdy ucieka przed drapieżnikiem lub potrzebuje pożywienie.

Rysunek 1. Lecące boidy omijają przeszkodę.

Już stosowanie tych prostych reguł spowodowało, że grupa boidów zachowywała się bardzo realistycznie – jak ich żywe odpowiedniki – potrafiąc rozdzielić się na dwie niezależne grupy przy napotkaniu przeszkody, ominąć ją i połączyć się ponownie za nią.

Autentyczne piękno sztucznego życia, porównywalne z dziełami sztuki malarskiej, można zaobserwować w komputerowym modelu roślin, jaki stworzył duński botanik Aristid Lindenmayer w 1968 roku, a nad którym pracował z nim polski naukowiec, Przemysław Prusinkiewicz. Rośliny są opisane i rysowane w komputerze za pomocą matematycznego algorytmu zwanego L-systemem. Algorytm ten opiera się na technice przepisywania i technice fraktali. Definiując w nim wygląd rośliny i sam proces wzrostu można stosunkowo łatwo stworzyć realistyczne obrazy roślin.

Rysunek 2. Roślina opisana L-systemem

Omówione dotychczas modele form życia niewątpliwie można uznać za niezwykle ciekawe i inspirujące, jednak są oparte na dość prostych regułach.

Chciałabym teraz zaprezentować projekt, dający się obsługiwać z dużą przyjemnością, zarówno dla oka, jak i dla ręki i wyobraźni użytkownika. Pora więc odwiedzić naszego znajomego z pierwszej części artykułu. Jak brzmiało jego dźwięczne imię? Ydydor Agazir... Hmm – przez ten czas, jaki minął od przeczytania pierwszego akapitu tego tekstu, dzielny stworek poznał wiele obszarów swojego świata oraz zdążył ‘dorobić’ się pokaźnej rodziny. Jego drzewo genealogiczne jest całkiem spore. Można je nawet zobaczyć, program oferuje taką możliwość.

Ale kim w końcu jest ten Agazir? – zapytasz Drogi Czytelniku, całkiem słusznie. W wielkim skrócie jest siecią neuronową, która pracuje w zwinnym ciele, składającym się z patyczków. To taki mały patyczak – śmiało można tak określić naszego znajomego i ręczę za to, że nie obrazi się. Oczywiście, wolałby pewnie dumną nazwę swego gatunku – framstick, ale skojarzenie z patyczkiem, patyczkonogiem, chodzącymi patyczkami jest bardzo trafne.

Rysunek 3. Patyczak podczas spaceru. Jeśli zgłodnieje, może wchłonąć dowolną ilość kulek energii.

Jak się jednak można domyślić, nie są to zwykłe patyczki, a sam framstick, oprócz bez wątpienia intrygującego wyglądu, posiada wiele cennych umiejętności. Jak już wspomniałam, w ciało każdego framsticka wpisana jest sieć neuronowa, która steruje robaczkiem, natomiast odpowiednie receptory rozmieszczone na różnych częściach ciała przekazują informacje o interakcjach ze środowiskiem. Receptory te to zmysł dotyku, równowagi oraz „węchu”, czyli lokalizacji energii. Bardzo ważne są mięśnie (obracające i zginające), które umożliwiają poruszanie stworka, przy pomocy jego sieci neuronowej. Tak wyposażony stworek rusza na podbój świata, który przedstawiony jest bardzo realistycznie (środowisko lądowe i wodne), z zachowaniem wymogów fizyki (sprężystość, tarcie, siła grawitacji).

Rysunek 4. Dwa framsticki maszerują po piaszczystej powierzchni świata. Zdolność do wchłaniania energii odzwierciedlają żółte punkty na ciele, a czerwone elementy to mięśnie zginające.

Cały ten przedziwny świat i jego mieszkańcy został stworzony po to, aby umożliwić wiele niebanalnych eksperymentów ze zróżnicowanymi formami życia. W tworzeniu stworków jest dopuszczalna wielka dowolność, można samemu zaprojektować i własnoręcznie „wykonać” framsticka według swojego pomysłu, następnie umieścić go w odpowiednim środowisku (na lądzie lub w wodzie) i obserwować jego ewolucję. Możliwe jest dobranie szczegółowych kryteriów, ku którym będzie ona zmierzała. Najprostszymi kryteriami, jakie można dobrać w pewnych eksperymentach są: wielkość osobnika, jego wysokość i prędkość poruszania. Można nie definiować żadnych kryteriów i wtedy będziemy mieli do czynienia z ewolucją nieukierunkowaną, a wiec podobną do tej, jaka przebiega w naszym realnym, biologicznym świecie. Wówczas możemy liczyć na zaskakujące efekty i bardzo ciekawe doświadczenia. Ilość kombinacji, kształtów ciała oraz indywidualnych rozwiązań jest niemal nieograniczona, dlatego praca z programem jest tak fascynująca.

Bardzo istotną zaletą programu jest wizualizacja, prezentująca trójwymiarowy, wirtualny świat: płaski i górzysty teren z piaszczystą powierzchnią oraz wodne głębiny. Pomiędzy poszczególnymi osobnikami dochodzi niekiedy do „bardzo bliskich spotkań” – kolizji, które, wedle naszego życzenia, mogą być destrukcyjne lub nie. Innymi słowy, w wyniku destrukcyjnego zderzenia dwóch patyczaków, jeden z nich może umrzeć lub może wyjść z tej opresji jedynie mocno poturbowany. Niedestrukcyjne kolizje oznaczają jedynie wzajemne przesuwanie organizmów. Dopuszczalna jest również ingerencja użytkownika w symulowany świat. Można przy pomocy specjalnej ‘łapki’ przenosić robaczki, umieszczać w świecie porcje (kulki) energii oraz ożywiać i uśmiercać stworzenia.

Rysunek 5. Łapka, która umożliwia przemieszczanie stworka w dowolne miejsce świata.

Przygoda we framstickowym świecie może okazać się początkiem wielu cennych obserwacji, które doprowadzą do wnikliwych analiz mechanizmu ewolucji i pozwolą na wysnucie interesujących wniosków. Sam fakt tworzenia, obserwowania wyewoluowanych stworzeń jest niezwykle absorbującym zajęciem. Program jest ciągle ulepszany, wzbogacany o nowe elementy.

System Framsticks jest jednym z najlepszych przykładów sztucznego życia, ale oczywiście nie jedynym, jeżeli chodzi o symulację i ewolucję organizmów. Dziedzina sztucznego życia rozwija się bardzo dynamicznie. Aby się o tym przekonać wystarczy zajrzeć do światowej sieci i poszukać odnośników do tego właśnie zagadnienia (ang. artifcial life). Istnieje bardzo pokaźna ilość mniejszych i większych programów, które umożliwiają symulację, bądź ewolucję stworzonych sztucznie organizmów.

Refleksyjny i dociekliwy Czytelnik zapyta: wszystko to brzmi bardzo ekscytująco, ale jakie ma praktyczne zastosowanie? Czy to tylko rozwijająca umysł zabawa, czy też posiadające większy sens naukowy i utylitarny narzędzie? Słuszność jest po jednej i po drugiej stronie. Doświadczenia, eksperymenty, obserwacje dostarczają rozrywki, zabawy, ale jeżeli komuś nie wystarcza takie zastosowanie programu, może zaangażować się znacznie głębiej. Symulacje sztucznego życia służą przede wszystkim biologii. Są narzędziem przy próbach wywoływania pewnego typu zjawisk, które występują w rzeczywistości, co pozwala podtrzymywać lub obalać różne hipotezy. Zwiększająca się ciągle moc obliczeniowa komputerów umożliwia coraz bardziej skomplikowane symulacje, o rosnącym stopniu złożoności. Opisywany wyżej program Framsticks jest obecnie używany na całym świecie: w laboratoriach, na uniwersytetach – przede wszystkim w celach naukowych, dydaktycznych oraz w domowym zaciszu wielu użytkowników. Własne eksperymenty, z samodzielnie wyhodowanymi stworkami to źródło wielkiej satysfakcji. Aby docenić możliwości programu, najlepiej zajrzeć na stronę www.framsticks.com i pozwolić, by ten zadziwiający i niezwykle interesujący świat mógł zaistnieć także w naszym komputerze.

Dziedzina sztucznego życia nieustannie się rozwija i dostarcza wciąż bardzo ciekawych i zaskakujących rozwiązań. Warto przekonać się o tym bezpośrednio – przeprowadzając własne doświadczenia. Mogą one odkryć wiele tajemnic – nie tylko wirtualnego świata.

© Arleta Piwowarczyk 2002