INF 1771 – Inteligência Artificial
Aula 21 – Waypoints e Pathfinding
Edirlei Soares de Lima
<elima@inf.puc-rio.br>
Introdução
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Locomover-se no espaço do jogo é uma ação fundamental dos NPCs em
qualquer gênero de jogo.
A busca de caminhos deve ser implementada de maneira muito eficiente,
pois será executada muitas vezes por vários personagens durante o jogo
Waypoints
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Waypoints são uma representação aproximada do terreno
(amostragem).
Fornecem representações mais econômicas do que as malhas
poligonais dos cenários.
Estrutura de grafos.
Construção de Grafos de Navegação
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Um grafo de navegação é uma estrutura de grafo formada por
um conjunto de waypoints.
Existem várias formas de representar a geometria do
ambiente do jogo, da mesma forma existem várias estratégias
para converter a informação espacial em uma estrutura de
grafo:
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Pontos de Visibilidade
Tiles (Grid)
Geometria Expandida
NavMesh
Pontos de Visibilidade
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A criação de um grafo de navegação baseado em Pontos de
Visibilidade consiste na adição de nós em pontos importantes
do ambiente.
Os pontos do grafo devem ter pelo menos uma linha reta de
visão para algum outro ponto.
Pontos de Visibilidade
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Geralmente o processo de adição dos pontos de visibilidade é
feito manualmente pelo game designer.
Se o jogo restringe o movimento dos agentes somente sobre
as arestas do grafo, como ocorre no Pac-man, esta solução é a
escolha perfeita.
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Entretanto, se o grafo é projetado para um jogo onde os
agentes têm maior liberdade de movimentos é necessário
realizar mais algumas tarefas.
Pontos de Visibilidade
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) Procura o nó visível A mais próximo da posição do NPC;
) Procura o nó visível B mais próximo da posição destino;
) Usa um algoritmo para encontrar o caminho de menor custo entre A e B;
) Move o NPC para o nó A;
) Move o NPC sob o caminho calculado no passo 3;
) Move o NPC do nó B até a posição destino.
Tiles (Grid)
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Este tipo de abordagem é muito comum em jogos de
estratégia em tempo real (RTS).
Geralmente são grafos grandes e complexos, organizados por
meio de quadrados ou hexágonos.
Cada nó do grafo representa o centro de cada célula e as
arestas representam a vizinhança de cada célula.
Tiles (Grid)
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O grande problema desta abordagem é
que o número de vértices e arestas
pode se tornar rapidamente muito
elevados.
Para um mapa com 100 x 100 células,
tem-se 10.000 nós e 78.000 arestas.
Geração Automática de Waypoints
Quadtree
Polígonos
Convexos
Waypoint no centro ou vértices
Waypoint de inicio ou objetivo
Waypoint
Geração Automática de Waypoints
Pontos de Canto
Preenchimento de
Espaço com Círculos ou
Cilindros
Waypoint no centro ou vértices
Waypoint de inicio ou objetivo
Waypoint
Pathfinding
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Uma vez definido o grafo de navegação é possível
utilizar técnicas de busca para encontrar caminhos
entre dois pontos.
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O algoritmo de busca mais utilizado em jogos é o A*.
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Normalmente é possível calcular boas funções heurísticas.
O caminho gerado pelo A* é composto por uma lista
de vértices por onde o agente deve passar para
chegar ao destino.
Suavização de Caminhos
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Geralmente o caminho encontrado forma uma linha sinuosa
(
discretizado em pontos.
zigzag), visto que o espaço representado pelos waypoints é
Geralmente sempre existe uma forma de suavizar o caminho
encontrado traçando-se um novo caminho que remove
vértices
Suavização de Caminhos
Otimizações
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Em algumas situação do jogo, pode ser necessário que várias
unidades realizem buscas por caminhos simultaneamente.
Isso pode gerar um pico de carga da CPU que pode resultar
em interrupções momentâneas do fluxo do jogo.
Técnicas de Otimização:
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Caminhos pré-calculados
Custos pré-calculados
Busca de caminhos hierárquica.
Caminhos Pré-Calculados
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Tabela pré-calculada com os melhores caminhos do grafo de
navegação.
Armazena-se somente o próximo nó que deve ser seguindo
do nó atual ao nó destino.
Custos Pré-Calculados
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Saber qual o melhor caminho entre dois nós somente é útil
quando se sabe onde se deseja ir.
Uma tabela pré-calculada com os custos de locomoção entre
quaisquer dois nós também é uma informação muito util.
Busca de Caminhos Hierárquica
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Esta estratégia consiste em achar o caminho de modo
gradativo, partindo-se de uma solução grosseira até uma
solução mais refinada.
Leitura Complementar
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Millington, I.; Funge, J.: Artificial
Intelligence for Games, 2nd Ed.,
Morgan Kaufmann, 2009.