蟻を歩かせる

　蟻をモデリングして、歩かせてみたいと思います。

蟻のモデリング

　まずは、蟻をモデリングしていきます。

日本で普通に見かける黒い蟻をモデリングする。

オオクロアリとか、言うらしい。
生息範囲があるので、地域によっては、よく見かける蟻とは異なっているかもしれない。

蟻の体は、大きく分けて頭部、胸部、腹部から成る。

頭部には2本の触角。目(複眼)とアゴが特長、等と言いながら、今回は目とアゴは省略（１＾＾；）。
足は6本。全て胸部から生えている。
足の関節の数……、本物はいくつあるのだろう？？わからないけど、デフォルメして1個だけ。
どう見ても少なすぎるけど、出来上がって見たらそれらしく見えたので、良しとした。

よく見ると、胴体(頭部～腹部)も繋がっておらず、宙に浮いている。

　そう、蟻は小さいものだから、少し引いて、ちょこまかと歩き回っている様子をレイトレーシングする場合、細かく作り込んでも、多分、小さすぎて見えません。加えて、蟻が登場するシーンを思い浮かべ、沢山の蟻が行列しているところとか、餌に群がる様子とかをモデリングしようとすると、沢山の蟻をインスタンスする必要に迫られます。
　それならば、デフォルメすることで物体数を絞り、データ量と演算速度を最適化することの方が利点が大きいです。

蟻を歩かせる

　次は蟻の歩き方をモデリングしてみましょう。
　調べてみたところ、6本足の虫たちは、3本づつが対になって歩くらしいです(↓)。

　上図の様に、茶色の足3本と、深緑色の足3本が互い違いに動きます。3本づつ2組で、各々、往復運動するので、三角関数を使って動かしてみます。

１）茶色の足用

fpan1c＝cos (2×π×t)

fpan1s＝sin (2×π×t)

２）深緑色の足用

fpan2c＝cos (2×π×t＋π)

fpan2s＝sin (2×π×t＋π)

ここで、tは時間の経過を表す変数です。
１）と２）では、位相を180°(＝π、半相)ずらしてあります。

　上述の通り、2組(4個)の変数を生成、cosで前後、sinで上下に足を動かす動作に充てます。
　足を後→前に動かす間は足を上げ、前→後ろに動かす間は足を下げて地面に足を付けているので、sin＜0の範囲は、0にクリップします。

fpan1s＝(fpan1s＜0)？0：fpan1s
fpan2s＝(fpan2s＜0)？0：fpan2s

　横軸に時間の経過(0≦t≦1)、縦軸に１）２）の変数をプロットすると、以下図の様になります。

　上のt＝0～1間で一歩分なので、後はこの繰り返しとなります。
　すごく単純な動きですが、この変数値に従って足を前後・上下に動かしてみると、ちゃんと歩いている様な動きになってくれました。
　どのような動きになったか？は、ページの最後にリンクした動画でご確認ください。

虫って

　コンピュータのプログラムが間違っていることを「バグ(bug；虫の英語が語源)」と言います。

　でも、虫って、あんな小さい体の中に、まともな「脳」なんて持っていないんですよ。人間で言う所の「(反射)神経」だけで生きているらしいです。

例１）

虫の触角は左右にありますよね？
「右の触角が何かを感知」すると、「左の足が大きく動く」という神経が存在します。
感じたのと逆側の足が大きく動くので、虫は何かを感じた方向に曲がって行きます。
つまり、触角で感じた「何か」の方向に自然と向かっていくのです。
ここで、触角で感じたものが「食べ物の匂い」だった場合、結果として辿り着くのはその虫が餌としている食べ物の所となります。
人間に置き換えると、

「何かいい匂いがするぞ」
「右の路地からだ」
「行ってみよう」
「ラーメン屋さんか」
「お腹もすいていることだし食べていこう」

の様に、全ての動作に「脳」が介在します。

「脳」を持たない虫は、これを「神経」の反射だけで実行しているのです。

例２）

夜、空を飛ぶ蛾の中には、超音波を感じると羽ばたくのを止める種類がいる、と言うのを何かのTVで観たことがあります。
これもそう言う働きをする「神経」があるからです。
飛んでいる時に羽ばたくのをやめてしまったら、失速して落下してしまいます。
でも、この「神経」は、コウモリに食べられるのを避けるために存在しているんですって。
コウモリは蛾を捕食するのだけど、空中で狙いを定めるのに超音波を使います。
反射して返って来た超音波で蛾の位置を見定めて、空中で捕食します。
蛾の方は超音波を感じると羽ばたくのを止めてしまうので、コウモリがその位置に到達した時には、幾分か下方に落下していて、食べられずに済むのだとか。
これも蛾の方は何も考えていないんです(「脳」を持たないから)。
「超音波を感知」したら、「羽ばたきを止める」という、「神経」の反射だけで、天敵から逃れています。

　「Aを感知したらBという行動をとる」という幾千もの「神経」が組み合わさって、彼らは生命を維持しています。これ、コンピュータプログラムに通じるものがあるでしょ？

　そういう意味ではね、虫たちは生命としてはとても単純だけど、コンピュータプログラムと比べてみると、ものすごく高度で完全なプログラムなのです。その子たちを捉まえて、人間の作ったぼろいプログラムのミスを「バグ」なんて呼ぶのは、ちょっと失礼極まりない話ですね。

完成データ

　完成したデータをリンクしておきます。

１）	Xi-TRACEデータ	walking_ant.xitr
２）	マッピングデータ	walking_ant_soil.jpg

　１）で、レイトレーシングを実行します。２）は、地面のマッピングデータです。レイトレーシングする時に読み込んで使うので、同じディレクトリに置いてください。

　完成した動画を以下にリンクしておきます。

　まずは一匹。すごくデフォルメしたモデリングなので、今回の様なアップで観てしまうと、色々と粗が目立ちますでしょう？今回は動きに注目してご覧ください。