Explicit Energy-Minimal Short-Term Path Planning for Collision Avoidance in Bidirectional Crowd Simulation

Abstract

การหาเส้นทางการเดินในระยะยาวรวมกับการหลบหลีกสิ่งกีดขวางรอบๆ เป็นวิธีทั่วไปที่ถูกนำมาใช้ในการจำลองการเคลื่อนไหวของตัวตนจำลองจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่ง โดยไม่ให้เกิดการชนกันระหว่างตัวตนจำลองกับวัตถุในฉากและระหว่างตัวตนจำลองด้วยกันเอง วิธีนี้สามารถให้ผลการจำลองที่ดีในสถานการณ์ที่ผู้คนสามารถเดินได้หลายทิศทาง แต่ในสถานการณ์ที่ผู้คนถูกจำกัดทิศทางการเดินให้เหลือเพียงหนึ่งหรือสองทิศทางนั้น ปรากฏว่าตัวตนจำลองมีลักษณะการเดินที่ผิดธรรมชาติ เช่น เดินเข้าไปติดและอยู่นิ่งระหว่างตัวตนจำลองสองตัวที่เดินสวนมาหรือเดินเข้าไปในพื้นที่ที่แออัดหรือมีกลุ่มคนเยอะๆ ทั้งๆที่ยังมีเส้นทางเดินที่ทำให้ตัวตนจำลองสามารถเดินหลบหลีกไปได้ ลักษณะเช่นนี้เกิดขึ้นบ่อยและเห็นได้ชัดในสถานการณ์แบบสองทิศทาง งานวิจัยนี้จึงได้เสนอขั้นตอนในการหาเส้นทางในระยะสั้นเพื่อขจัดความบกพร่องของพฤติกรรมการเดินของตัวตนจำลองในสถานการณ์แบบสองทิศทางนี้ขึ้น โดยใช้สมการพลังงานทางชีวกลศาสตร์ของการเดินเข้ามาเป็นตัวแปรที่บังคับให้ตัวตนจำลองมีความฉลาดในการเลือกเส้นทางในระยะสั้นได้ ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์สมการพลังงานนั้น ช่วยบ่งบอกลักษณะของการเลือกเส้นทางการเดินที่ดีที่สุด โดยคำนึงถึงความเร็วที่ใช้เพื่อให้ประหยัดพลังงานที่สุด พร้อมๆ กับถึงจุดหมายปลายทางให้เร็วที่สุดด้วย นอกจากนี้ยังพบว่าการนำวิธีที่เสนอนี้ไปใช้ในสถานการณ์แบบหลายทิศทางนั้น ตัวตนจำลองสามารถหาเส้นทางที่เหมาะสมกว่าเมื่อเทียบกับวิธีก่อนอีกด้วย ยกตัวอย่าง เช่น ตัวตนจำลองสามารถเดินแทรกเข้าไปในช่องแคบๆ ของขบวนพาเหรดได้ เป็นต้น