Как часто вы сидите у окна в кафе, наблюдая за суетой города? За мерцающими огнями улиц, проходящими мимо людьми, ползущими в разные стороны машинами – всё то же, что следить за пляской огня или метаморфозами воды. Не знаю, как вы, а я могу часами смотреть с какой-нибудь высотки на нескончаемое движение города.
Пришла пора рассказать вам о моём основном проекте, которым я был занят в последние три месяца (на самом деле, гораздо больше, если учитывать изучение большого количества научных работ и прошлых попыток реализации). Пожалуй, это одна из самых сложных вещей, которыми мне приходилось когда-либо заниматься. Но эта крепость больше не выглядит неприступной, и по завершении текущего цикла мне действительно есть, что показать и о чём рассказать.
В той игре, которую я планирую разработать, дорожный трафик занимает чуть ли не центральную часть. По крайней мере, это будет один из самых важных аспектов во всём дизайне игрового мира. К тому же система с таким количеством сущностей (100 000 транспортных средств для моей задумки – не предел) сама по себе является достаточно сложным программным проектом, реализация которого может неплохо поднять уровень навыков да и вообще быть показателем того, насколько мои идеи реализуемы.
Поэтому сейчас я работаю над модулем, позволяющим создавать транспортные сети любых конфигураций и моделировать дорожное движение на них. Представьте себя инженером автодорожного профиля, проложите несколько магистралей, создайте между ними развязки и пересечения, запрограммируйте светофоры. А потом просто наблюдайте, как виртуальные легковушки, автобусы, грузовики и трамваи пытаются пробраться через ваш лабиринт, следуя из точки А в точку Б. Уже сам по себе этот танец способен заворожить, даже без цели и смысловой нагрузки.
Надо сказать, что реализуемая мной идея далеко не нова – самые ранние публикации на тему компьютерного моделирования трафика, которые мне довелось изучить, датировались началом 80-х годов. С тех пор появилось множество наработок в этом направлении, но все их можно разделить на три большие подгруппы: макро, микро и гибридные. В макро, как следует из названия, мы опускаем индивидуальные детали каждого транспортного средства и пытаемся сформировать некий общий поток, как если бы наши магистрали были трубами, а потоки машин – потоками воды. Я не шучу, многие макромодели используют в качестве основы законы гидродинамики. В противоположность им ставятся микромодели, где моделируется поведение отдельных сущностей в зависимости от дорожной ситуации, особенностей транспортного средства и характера водителя. Здесь основу составляют following-модели (модели следования, то есть большую часть времени мы ориентируемся на следующее впереди нас ТС). Здесь сразу напрашивается очевидный плюс этих систем: более точное моделирование с учётом индивидуальных особенностей. К сожалению, это требует и бОльших расчётов – для крупных сетей такие модели не всегда подходят (особенно для моделирования в реальном времени). Поэтому существуют гибридные модели, объединяющие два этих подхода. Ведь, по сути, большую часть времени машины движутся в общем потоке, который мало отличается от потока воды, а на перекрёстках мы просто переходим к индивидуальным моделям. Из минусов – сложность разработки таких систем. По крайней мере, с моим текущим уровнем математики мне пока что не удалось создать в голове чёткого понимания их работы.
Как видно из названия моей библиотеки, я выбрал в качестве основы модель следования. В самом простом понимании эта модель рассчитывает ускорение транспортного средства в конкретный момент времени t. И всё. То есть мы берём наши сущности, рассчитываем для каждой ускорение в зависимости от окружающих условий. А, узнав ускорение, вычисляем скорость и положение в некий последующий момент времени t+Δt. И «перемещаем» глобальное время на эту позицию. Чтобы повторить всё то же самое снова.
И всё было бы просто, если бы весь мир стоял на одной единственной очень длинной дороге шириной в две полосы. Но ведь есть ещё перекрёстки, светофоры, дорожные знаки, многополосное движение, парковки, непредсказуемые пешеходы, велосипедисты и неопознанные летающие объекты. Они-то и вносят всю смуту в нашу стройную систему. И простая following-модель превращается в массивного динозавра, который должен учесть множество дополнительных факторов, прежде чем наше авто перепрыгнет в своё счастливое Δt-будущее.
На текущий момент я уже более-менее разобрался со скоростным режимом полос, приоритетами, перекрёстками, светофорами и стоп-линиями. А также добавил возможность формировать составные ТС (ведь трамваи и грузовики могут состоять из нескольких частей). На повестке дня – параллельные перестроения. Крепкий орешек, который затрагивает практически все аспекты моделирования. Многие части уже написанного кода, в которые оно обещало хорошо вписаться, на деле оказались неподготовленными, и подвергаются переработке. Причиной тому некоторые преждевременные оптимизации (никогда не начинайте оптимизацию прежде, чем у вас будет готов рабочий прототип – успеется!). А также наивная уверенность в том, что простые прикидки в уме позволят в будущем подружить существующий код с крупной партией новых возможностей. Но, в целом, всё не так уж печально. Ведь мои подопечные хоть и с неохотой, но всё же начинают перестраиваться в новые полосы, расталкивая конкурентов и устраивая опасные ситуации.
Сейчас рано говорить о дате релиза библиотеки, но она обязательно будет иметь модуль интеграции с движком Unity, доступный на Asset Store. Чтобы получилось многофункциональное решение для внедрения в любой игровой мир масштабной транспортной сети. Кому-то это позволит оживить статичное окружение, добавить очарования или даже написать свою собственную стратегию. Но ещё больше я надеюсь на то, что мой проект поможет в дизайне реальных транспортных систем и решении проблем городского трафика. Ведь, пусть он и реализован в игровой форме, весь его фундамент заложен на научной основе. Как и во многих других проектах индустрии. Так что никогда не стоит сбрасывать игры со счетов в вопросах реального мира.