Σύγκριση τεχνικών προσομοίωσης πλήθους με έμφαση στην κλιμάκωση σε περιβάλλον game engine

datacite.contributor.RelatedPersonΜακρής, Χρήστος
datacite.contributor.RelatedPersonΣιούτας, Σπυρίδων
datacite.contributor.SupervisorΤσίχλας, Κωνσταντίνος
dc.contributor.authorΚοτσαρίνης, Μιλτιάδης
dc.contributor.otherKotsarinis, Miltiadis
dc.date.accessioned2026-07-06T08:04:59Z
dc.date.available2026-07-06T08:04:59Z
dc.date.issued2026-07-03
dc.degreegraduateThesis
dc.description.abstractΗ προσομοίωση πλήθους αποτελεί θεμελιώδες πρόβλημα της γραφικής με υπολογιστήκαι της ρομποτικής, με τέσσερις δεκαετίες βιβλιογραφίας και ριζικά ανόμοιες προσεγγίσεις: ευρετικούς κανόνες σμήνους, μοντέλα κοινωνικών δυνάμεων, γεωμετρική βελτιστοποίηση στον χώρο ταχυτήτων, συνεχή πεδία ροής, και δυναμική βασισμένη σε θέσεις. Η μεταξύ τους σύγκριση ωστόσο παραμένει δυσχερής: κάθε μέθοδος αξιολογείται στα δικά της σενάρια, με δικές της μετρικές και άγνωστο βαθμό πιστότητας υλοποίησης.Η παρούσα διπλωματική κατασκευάζει ένα κοινό, ντετερμινιστικό πλαίσιο σύγκρισης μέσα στη μηχανή Unity και υλοποιεί πάνω του δεκατρείς εκδοχές αλγορίθμων από εννέα οικογένειες, από το μοντέλο σμήνους του Reynolds έως τις σύγχρονες προσεγγίσεις προβλεπτικών δυνάμεων, δυναμικής βασισμένης σε θέσεις, πλοήγησης με απόσταση ασφαλείας και υβριδικής μικρο-μακροσκοπικής δυναμικής· καθεμία πιστή στο άρθρο αναφοράς της, με τις αποκλίσεις ρητά τεκμηριωμένες. Το πλαίσιο αποκλείει συνειδητά τη φυσική της μηχανής: οι πράκτορες είναι αμιγή δεδομένα, η ολοκλήρωση ρητή, και κάθε σειριακή εκτέλεση αναπαράγεται δυαδικά από τον σπόρο της. Δέκα από τις δεκατρείς υλοποιήσεις μετρούνται συστηματικά σε επτά παραμετροποιημένα σενάρια και πέντε μεγέθη πλήθους έως 10 000 πράκτορες, με τηλεμετρία επιδόσεων ανά στάδιο και ποιοτικούς δείκτες, υπό ρητή πολιτική τερματισμού που μετατρέπει τα όρια διαδραστικότητας των μεθόδων σε μετρήσιμα αποτελέσματα.Πέρα από τον πίνακα σύγκρισης, η εργασία προτείνει μια μετρική ποιότητας, την επιμονή συγκρούσεων, που μετρά τη σύγκρουση ως γεγονός με διάρκεια και διαχωρίζει συμπεριφορές (καθαρή αποφυγή, κολλώδη επαφή, ξυστά περάσματα) που η απλή καταμέτρηση επικαλύψεων συγχέει. Τα ευρήματα περιλαμβάνουν εκθέτες κλιμάκωσης από σχεδόν γραμμικούς έως τετραγωνικούς για τον ίδιο πυρήνα με διαφορετικά βοηθητικά στρώματα, επιτάχυνση άνω των δύο τάξεων μεγέθους από την παραλληλοποίηση του ίδιου αλγορίθμου, τεκμηριωμένα όρια των μεθόδων (την τύφλωση της Reynolds στα εμπόδια, το κατώφλι πυκνότητας της Aggregate, τα όρια διαδραστικότητας κάθε μεθόδου ανά σενάριο), και τη συστηματική ανάδειξη του πότε ο καθολικός σχεδιασμός διαδρομής είναι αναγκαίος έναντι της αμιγώς τοπικής πλοήγησης.
dc.description.translatedabstractCrowd simulation is a foundational problem in computer graphics and robotics, with four decades of literature and radically dissimilar approaches: heuristic flocking rules, social-force models, geometric optimisation in velocity space, continuum flow fields, and position-based dynamics. Comparing these methods remains difficult: each is evaluated on its own scenarios, with its own metrics, and with unknown implementation fidelity.This thesis builds a common, deterministic comparison framework inside the Unityengine and implements thirteen algorithm variants from nine families on top of it, from Reynolds’ flocking model to modern predictive forces, position-based dynamics, clearanceaware navigation, and hybrid micro-macroscopic dynamics; each faithful to its reference paper, with deviations explicitly documented. The framework deliberately excludes the engine’s physics: agents are plain data, integration is explicit, and every serial run is bit-reproducible from its seed. Ten of the thirteen implementations are measured systematically across seven parameterised scenarios and five crowd sizes up to 10,000 agents,with per-stage performance telemetry and quality indicators, under an explicit termination policy that turns each method’s interactivity limits into measurable results.Beyond the comparison matrix, the thesis proposes a quality metric, collision persistence (sticky collisions), which measures a collision as an event with duration and separates behaviours (clean avoidance, sticky contact, brush-past chaos) that plain overlap counting conflates. Findings include scaling exponents ranging from near-linear to quadratic for the same core under different auxiliary layers, speedups exceeding two orders of magnitude from parallelising the same algorithm, documented method limits (Reynolds’ obstacle blindness, Aggregate’s density floor, per-scenario interactivity ceilings), and a systematic account of when global path planning is necessary versus purely local navigation.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10889/32280
dc.language.isoel
dc.rightsAttribution 3.0 Greeceen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/
dc.subjectΠροσομοίωση πλήθους
dc.subjectΚλιμάκωση
dc.subjectΝτετερμινισμός
dc.subjectΕπιμονή συγκρούσεων
dc.subject.alternativeCrowd simulation
dc.subject.alternativeScalability
dc.subject.alternativeUnity
dc.subject.alternativeORCA
dc.subject.alternativeSocial force
dc.subject.alternativeContinuum crowds
dc.subject.alternativeReynolds boids
dc.subject.alternativeBurst
dc.subject.alternativeJob system
dc.subject.alternativeDeterminism
dc.subject.alternativeCollision persistence
dc.titleΣύγκριση τεχνικών προσομοίωσης πλήθους με έμφαση στην κλιμάκωση σε περιβάλλον game engine
dc.title.alternativeComparison of crowd simulation techniques with an emphasis on scalability in a game engine environment

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Kotsarinis_Miltiadis_Thesis.pdf
Size:
1.14 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
License bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
license.txt
Size:
5.02 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: