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

Saran Sillapaphiromsuk

dc.contributor.advisor	Pizzanu Kanongchaiyos
dc.contributor.author	Saran Sillapaphiromsuk
dc.contributor.other	Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
dc.date.accessioned	2019-02-26T13:59:33Z
dc.date.available	2019-02-26T13:59:33Z
dc.date.issued	2018
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/61539
dc.description	Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2018
dc.description.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
dc.description.abstractalternative	In traditional crowd simulation, global path planning (GPP) and local collision avoidance (LCA) have been used to advance pedestrians toward their own goals without colliding. However, we found that using those methods in bidirectional flow can force a pedestrian to get stuck among the incoming people, walk through the congestion, and unintentionally occupy in a dense area, although more comfortable passageways are available. These behaviors are usually produced and simply noticeable. For this reason, the explicit metabolic-energyminimal short-term path planning (MEM) is proposed and added between GPP and LCA to achieve more behavioral fidelity. For energy analysis, the optimal control theory with the objective energy function from the study of biomechanics is employed and finally leads to the very useful optimal walking characteristics for pedestrians. The simulation results show that the pedestrians with MEM can adapt their moving to avoid the congestion, resulting in more promising lane changing and overtaking behaviors. Even though MEM is mainly developed to deal with the artifacts in bidirectional flows, it can be extended with a little modification and produce significant behavioral improvement in multi-directional case.
dc.language.iso	en
dc.publisher	Chulalongkorn University
dc.relation.uri	http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2018.153
dc.rights	Chulalongkorn University
dc.subject	การวิเคราะห์วิถีวิกฤต
dc.subject	Critical path analysis
dc.subject.classification	Computer Science
dc.title	Explicit Energy-Minimal Short-Term Path Planning for Collision Avoidance in Bidirectional Crowd Simulation
dc.title.alternative	การหาเส้นทางการเดินในระยะสั้นที่มีประสิทธิภาพบนพื้นฐานทางชีวกลศาสตร์ของการเดิน สำหรับการหลบหลีกในฝูงชนแบบสองทิศทาง
dc.type	Thesis
dc.degree.name	Doctor of Philosophy
dc.degree.level	Doctoral Degree
dc.degree.discipline	Computer Engineering
dc.degree.grantor	Chulalongkorn University
dc.subject.keyword	การจำลองกลุ่มคน
dc.subject.keyword	ชีวกลศาสตร์ของการเดิน
dc.subject.keyword	การหาเส้นทางการเดิน
dc.subject.keyword	CROWD SIMULATION
dc.subject.keyword	BIDIRECTIONAL FLOW
dc.subject.keyword	PATH PLANNING
dc.subject.keyword	METABOLIC ENERGY
dc.identifier.DOI	10.58837/CHULA.THE.2018.153