障害物回避操舵

ひとことで

進行方向に先読み線（フィーラー）を伸ばし、その先に障害物があれば、ぶつかる前に横へ舵を切ってよける操舵行動です。経路探索が「どの道を通るか」を決めるのに対し、障害物回避は「目の前のものにぶつからない」ための局所的な反応で、両者を組み合わせて使います。

ゲームでの使いどころ

• 敵やNPCの移動：経路探索で決めた通過点を目指しつつ、途中に置かれた箱や柱、他のキャラクターをよける。
• 乗り物 AI：レースゲームの AI が他車や障害物を避けてラインを変える。
• 飛行する敵・ドローン：地形や建物の間を縫うように飛ぶ。
• 群れの障害物回避：鳥の群れが木や岩を避けて流れるように回り込む。

しくみ

1. エージェントの速度方向 $\hat{\mathbf{v}}$ に長さ $L$ の先読み線を伸ばす。
2. 障害物（ここでは円柱）ごとに、先読み線上で中心 $\mathbf{c}$ に最も近い点を求める。 $$s = \text{clamp}\big((\mathbf{c} - \mathbf{p})\cdot\hat{\mathbf{v}},\; 0,\; L\big), \qquad \mathbf{q} = \mathbf{p} + s\,\hat{\mathbf{v}}$$
3. $\lVert \mathbf{q} - \mathbf{c} \rVert$ が「障害物の半径 + 自分の半径」より小さければ衝突の恐れがある。最も近い（$s$ が小さい）障害物を脅威とする。
4. 先読み点から見て障害物の中心と反対側へ、進行方向に垂直な回避力を加える。近いほど強くする。

この回避力を、目標へ向かうシークの力と合成すると、エージェントは目標を目指しつつ、障害物の縁を回り込んでいきます。

先読みの長さは速度に比例させるのが一般的です。速く動くものほど遠くを見ないと、曲がり切れません。

実装のポイント

• 複雑な形状にはレイキャスト：円柱以外の障害物には、物理エンジンのレイキャストやスフィアキャストで先読みします。正面・左右斜めの 3 本の触角を出す方法がよく使われます。
• 正面衝突の対処：障害物の真正面に向かうと左右どちらにも力が出ません。その場合は決まった側（例えば右）へよけるようにします。
• 押し戻しは別に用意：回避が間に合わなかったときのために、めり込みを解消する衝突処理は必ず残しておきます。

つまずきやすい点

• 局所最適にはまる：U 字型の壁の内側などでは、回避だけでは抜け出せません。大局的な道筋はナビゲーションメッシュや流れ場で与えます。
• 振動する：回避力が強すぎると、左右に振れながら進むことがあります。力に上限をかけ、距離に応じて滑らかに強さを変えます。
• 動く相手には不向き：他のエージェントのように動く障害物は、相手の未来位置を考える ORCA のような相互回避のほうがうまく避けられます。

デモで試すこと

1. 先読み線が赤くなっているエージェントは、柱を検知して回避中です。柱の手前でなめらかに進路を変える様子を追ってください。
2. 「障害物回避」をオフにすると、エージェントは柱に正面からぶつかり、押し戻されながらずるずると回り込むしかなくなります。左下の接触時間が一気に増えます。
3. 「先読みの長さ」を短くすると直前での急旋回に、長くすると早めの大回りになります。