Comparison of Algorithms for Vehicle Path Traversal

Bc. Vladimír Žbánek

Bachelor's thesis

Abstract:

Tato práce prozkoumává a implementuje různé techniky pro pohyb vozidel ve virtuálních 3D prostorech, použitelné v simulacích a hrách s omezenými požadavky na výkon. Kdežto pro autonomní pohyb agentů schopných rotace na místě, např. lidí, existují již hotová řešení, autonomní pohyb vozidel představuje zvláštní úskalí navíc. Pro přirozený pohyb vozidel je potřeba zohlednit jejich omezené fyzikální možnosti, zejména jejich schopnost zatáčení. Cílem této práce je prozkoumat dvě vybrané metody pro přirozený přesun vozidel, kde z důvodů omezeného výkonu není vhodné použití komplexních algoritmů pro plánování pohybu (motion planning). Místo toho prozkoumávané techniky využívají trasu nalezenou pomocí techniky NavMesh. Tyto metody následují dva rozdílné přístupy: první se zabývá konstrukcí spolehlivé cesty, zatímco druhá se soustředí na vývoj spolehlivého vozidla. Výsledky obou přístupů jsou porovnány s výstupem motion planning algoritmu Hybrid A* a podrobeny subjektivnímu hodnocení dobrovolných respondentů. Veškeré prozkoumané metody jsou implementovány, porovnávány a vizualizovány pomocí editoru Unity. Implementace je navržena pro potenciální budoucí rozšíření, a rychlé iterativní testování.

Abstract:

This thesis explores and implements different methods for vehicle traversal in virtual 3D environments, applicable in simulations or video games with performance constraints. Whereas comprehensive solutions exist for autonomous movement of agents able to turn on the spot, such as humanoids, the autonomous vehicle movement poses additional challenges. The structural constraints of the vehicles, most importantly, their turning ability must be taken into account to provide a natural-looking movement. The goal is to explore two approaches for the natural movement of vehicles where, due to performance constraints, complex motion planning algorithms are unfeasible. Instead, the explored methods are based on paths generated using NavMesh. These methods follow two distinct philosophies: the first is concerned with constructing a reliable path, and the second focuses on constructing a reliable vehicle instead. The results of each method are compared against Hybrid A*, a motion planning algorithm, and rated by respondents for subjective beauty. All discussed methods are implemented, compared, and visualised in the Unity editor. The implementation is designed for potential future extensions and rapid iterative testing.

Keywords

Vehicles, NavMesh, Path, Path traversal, Game AI

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2024
• Supervisor: Mgr. Jiří Chmelík, Ph.D.
• Reader: RNDr. Jan Byška, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Bachelor programme / field:
Programming and development / Programming and development