Plánování pohybu pro geometrické modely v oblasti vizualizací dat

Ing. Jakub SZKANDERA

Doctoral thesis

Motion planning for geometric models in data visualization

Abstract:

Path-finding is an essential task in many research areas, and it is a common problem solved in a wide range of applications. New path-finding problems emerge while complex problems persist, such as real-time path planning for large crowds in dynamic environments, where the properties used to calculate the cost of a path, as well as the topology of paths, can change. The task of finding a path can be divided into path planning and motion planning, which both take into account the possibility of colliding with objects in the environment. Within the first group, this thesis focuses on path planning on graphs for crowds. The main idea is to divide the crowd into groups based on their common starting and ending positions and then plan the path for one representative member from each group. Classical approaches can be used to navigate these representative members, and the rest of the group will follow them. If the crowd can be divided into a few groups in this manner, the proposed approach will significantly reduce computational and memory demands in dynamic environments. In the second area, motion planning, we are dealing with another problem. The task is to navigate the molecule through the protein or into the protein, which turns out to be a challenging problem because it needs to be solved in 3D with collision detection, and one of its pitfalls is a narrow passage problem. The main idea of the solution is to detect the exact position of the narrow passages so that it is possible to detect them and analyze whether there is a collision-free passage.

Abstract:

Hledání cesty je důležitou úlohou v mnoha výzkumných oblastech, neboť je to běžný problém, který se řeší v široké škále různých aplikací. Stále se vyskytují nové problémy a výzvy hledání cesty a zároveň přetrvávají složité problémy, jako je například plánování cesty v reálném čase pro velké davy lidí v dynamickém prostředí, kde může docházet ke změně vlastností, které se používají pro výpočet ceny cesty či topologii cesty. Úlohu hledání cesty lze rozdělit na dvě skupiny - plánování cesty a plánování pohybu. Obě skupiny zohledňují možnost kolize s~objekty v prostředí navigace. V rámci první skupiny se tato práce zaměřuje na plánování cest na grafech pro~davy. Hlavní myšlenkou je rozdělení davu do skupin s respektem k jejich společné výchozí a cílové pozici a následné naplánování cesty pro jednoho reprezentativního člena z každé skupiny. K navigaci těchto reprezentativních členů lze použít klasické přístupy a zbytek skupiny je bude následovat. Pokud lze dav tímto způsobem rozdělit do několika skupin, navrhovaný přístup výrazně sníží výpočetní a paměťové nároky v dynamickém prostředí. Ve druhé oblasti, plánování pohybu, se zabýváme jiným problémem. Úkolem je navigovat molekulu z aktivního místa proteinu ven nebo naopak do aktivního místa proteinu, což se ukazuje jako náročný problém, protože je třeba jej řešit ve 3D s detekcí kolizí. Jedním z jeho úskalí je problém úzkého průchodu. Hlavní myšlenkou řešení je detekování přesné pozice úzkých průchodů tak, aby bylo možné se na ně zaměřit a analyzovat, zda existuje bezkolizní průchod.

Keywords

Hledání cesty, Multiagentní modelování, Grafová reprezentace, Shlukování, Plánování pohybu, Vzorkovací metody, Rychle prozkoumávající náhodný strom, Úzký průchod

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 2. 2024

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Dr. Ing. Ivana Kolingerová

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Computer Science and Engineering / Computer Science and Engineering