Laboratorio 10 — Simulación de Boids

Simulación de comportamiento colectivo inspirada en bandadas de aves, cardúmenes de peces y enjambres. Cada agente (Boid) aplica reglas locales de interacción; del conjunto emerge un movimiento grupal complejo.

Implementado en C++17, OpenGL 3.3 Core, GLFW, GLM e ImGui.

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Características

Features	Implementación
Estructura Boid (posición, velocidad, dirección)	src/Boid.h
Población ≥ 50 Boids aleatorios	Por defecto 80; ajustable 10–500
Representación visual orientada	Triángulo 2D instanciado, alineado con direction
Movimiento continuo	position += velocity * dt cada frame
Separación	Fuerza de repulsión si distancia < separationDistance
Alineamiento	Hacia la velocidad promedio de vecinos
Cohesión	Hacia el centro de masa de vecinos
Velocidad	clampSpeed() en cada Boid
Parámetros en tiempo real	Panel ImGui lateral

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Dependencias

Linux (Ubuntu/Debian)

sudo apt update
sudo apt install build-essential cmake libglfw3-dev libgl1-mesa-dev

GLM e ImGui se descargan automáticamente con CMake (FetchContent).
GLAD (cargador OpenGL 3.3) está en third_party/glad_gen/.

Regenerar GLAD (opcional)

pip install glad
python3 -m glad --generator c --api gl=3.3 --profile core \
  --out-path third_party/glad_gen

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Compilación

mkdir -p build && cd build
cmake ..
cmake --build . -j$(nproc)

El ejecutable queda en build/boids_lab. Los shaders se copian a build/shaders/.

Ejecución

Desde el directorio build/:

./boids_lab

Ejecutar desde build/ para que encuentre shaders/boid.vert y shaders/boid.frag.

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Arquitectura del proyecto

lab 10/
├── CMakeLists.txt
├── README.md
├── shaders/
│   ├── boid.vert          # Vertex shader (instancing + rotación)
│   └── boid.frag
├── src/
│   ├── main.cpp           # Ventana GLFW, bucle principal, ImGui
│   ├── Boid.h / Boid.cpp  # Agente individual
│   ├── Simulation.h / Simulation.cpp  # Reglas de flocking
│   └── Renderer.h / Renderer.cpp        # OpenGL instanced rendering
└── third_party/
    └── glad_gen/          # GLAD OpenGL 3.3 Core

Flujo por frame

flowchart LR
    A[Input / UI] --> B[Simulation::update]
    B --> C[Separación + Alineamiento + Cohesión]
    C --> D[Clamp velocidad + bordes]
    D --> E[Renderer::draw]
    E --> F[ImGui overlay]
    F --> G[Swap buffers]

Loading

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Modelo Boid

Cada agente almacena:

• position (glm::vec2): coordenadas en píxeles de la ventana.
• velocity (glm::vec2): vector de velocidad actual.
• direction (glm::vec2): versión normalizada de la velocidad (orientación visual).

Reglas de Reynolds

1. Separación — Evita colisiones. Para cada vecino más cercano que separationDistance, acumula un vector alejamiento ponderado por 1/d².

2. Alineamiento — Iguala la dirección con el promedio de velocidades de vecinos dentro de neighborDistance.

3. Cohesión — Se desplaza hacia el centro de masa de los vecinos en el radio de percepción.

La aceleración final es:

a = w_sep * steer_sep + w_ali * steer_ali + w_coh * steer_coh

Cada steer_* se limita con maxForce. Tras integrar, la velocidad se acota entre minSpeed y maxSpeed.

Comportamiento en bordes

• Mundo toroidal: al salir por un borde, reaparece por el opuesto.
• Rebote: fuerza de giro suave cerca del borde e inversión de velocidad si se cruza el límite.

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Renderizado

• Vista 2D ortográfica (eje Y hacia abajo, coherente con coordenadas de pantalla).
• Cada Boid es un triángulo isósceles (instanced rendering).
• El vertex shader rota la figura según direction y la traslada a position.
• Colores ligeramente distintos por índice para distinguir agentes.

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