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A*를 이용하는 전술적 경로찾기에서 휴리스틱 성능비교
Comparison of Heuristics in Tactical path-finding Using A* 원문보기

한국정보처리학회 2010년도 추계학술발표대회, 2010 Nov. 12, 2010년, pp.486 - 489  

김경혜 (덕성여자대학교 컴퓨터학과) ,  조수진 (덕성여자대학교 컴퓨터학과) ,  설정아 (덕성여자대학교 컴퓨터학과) ,  유견아 (덕성여자대학교 컴퓨터학과)

초록
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전술적 경로찾기에서는 거리나 시간 요소 외에 여러 가지 전술적 요소를 포함한 비용 함수를 사용하여 경로를 탐색한다. 경로찾기에서 가장 많이 이용되는 A* 알고리즘의 경우, 현재 노드에서 목표까지의 추정값을 의미하는 휴리스틱 함수를 이용하는데 대표적인 허용가능 휴리스틱(admissible heuristic)인 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 전술적 경로찾기에서 이용하는 경우, 탐색 성능이 저하되는 단점이 있다. 이는 거리이외에 전술적 요소까지 더해진 실제 비용에 비해 직선 거리만을 고려한 휴리스틱 값이 현저하게 작은데 기인한다. 그러므로 본 논문에서는 A*를 이용하는 경로찾기에서 탐색의 성능을 향상시킬 수 있는 두 가지 휴리스틱을 제안하고 이들의 허용성을 분석하고 방문 노드수 비교를 통해 탐색 성능을 비교한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 즉 경로를 찾기 위해 방문하는 노드의 수가 증가된다는 것이다. 본 논문에서는 기존의 휴리스틱보다 정보가 많은 두 가지 휴리스틱(more informed heuristic)을 고안함으로서 A*의 탐색 성능을 향상시켜서 빠른 전술적 경로찾기가 가능하도록 한다. 시뮬레이션을 통해 제안된 두 가지 휴리스틱과 기존의 휴리스틱과의 탐색 성능 차이를 비교하고 각 휴리스틱의 장단점을 분석한다.
  • RPG(Role Playing Game) 게임에서 지도 제작을 위한 편집기들은 대부분 그리드-기반 혹 셀-기반이다. 본 논문에서는 시뮬레이션을 위해 이들 편집기와 유사하게 그리드-기반 환경을 자바로 구현하였다. 편집기에서는 게임배경을 만들고 수정할 수 있으며 장애물과 위협 요소의 위치에 따라 위치 평가 함수가 계산되고 휴리스틱을 선택하여 경로를 계획할 수 있다.
  • 이에 대한 해결책으로서 NPC의 동작 영역을 제한하거나 계층적 탐색을 통해 탐색 상태공간을 줄이려는 시도를 하였고 과소 추정 휴리스틱의 본질을 이용하여 탐색 효율을 개선하고자 하지 않았다. 본 논문에서는 직선 거리 휴리스틱, h(n) = dist(n,g)보다 큰 휴리스틱, h1(n)과 h2(n), 두 가지를 소개하고 각 휴리스틱의 최적성과 탐색 효율에 대해 논한다. fi(n)은 노드 n의 i번째 특성을 나타내며 m개의 특성이 있다고 가정한다.
  • 이와 같은 이유로 전술적 경로찾기를 구현하거나 다룬 게임과 문헌들에서 전술적 경로찾기의 문제점으로 탐색 효율의 저하를 지적하고 있다. 이에 대한 해결책으로서 NPC의 동작 영역을 제한하거나 계층적 탐색을 통해 탐색 상태공간을 줄이려는 시도를 하였고 과소 추정 휴리스틱의 본질을 이용하여 탐색 효율을 개선하고자 하지 않았다. 본 논문에서는 직선 거리 휴리스틱, h(n) = dist(n,g)보다 큰 휴리스틱, h1(n)과 h

    제안 방법

    • 거리 이외의 특성으로는 위협으로부터의 거리, 지형 종류, 벽 껴안기(wall-hugging) 성질 등, 3가지를 고려하였으며 이동 거리를 고려한 비용함수와 비례하기 위해 작은 값을 선호하도록 값을 할당하였다. 자세한 점수 할당은 그림 1에 소개한 바와 같다.
    • 지형 정보는 일반 땅에 비해 좌측 상단의 얼음 부분과 우측 하단의 숲은 각각 15, 18점의 높은 값이 할당되었다. 벽 껴안기(wall-hugging)는 벽에 너무 가까운 경우에 이동 경로로서 어색하므로 이를 고려하여 3단계로 점수를 할당하였으며 세 번째 그림은적(ENEMY)으로부터 가까울수록 높은 값을 할당하였다
    • 본 논문에서는 기존의 휴리스틱보다 정보가 많은 두 가지 휴리스틱(more informed heuristic)을 고안함으로서 A*의 탐색 성능을 향상시켜서 빠른 전술적 경로찾기가 가능하도록 한다. 시뮬레이션을 통해 제안된 두 가지 휴리스틱과 기존의 휴리스틱과의 탐색 성능 차이를 비교하고 각 휴리스틱의 장단점을 분석한다.
    • 위치 평가 함수 사용의 효율성을 위해 제안한 두 가지 휴리스틱 h1(n)과 h2(n)에 의해 개선된 정도를 에 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
A* 탐색에서 다음 노드를 선택할 때 이용되는 평가함수는 무엇으로 구성되는가? 경로찾기를 위한 탐색 알고리즘으로 가장 대표적인 것이 인공지능 분야의 A* 탐색 알고리즘이다. A* 탐색에서 다음 노드를 선택할 때 이용되는 평가함수는 현재 노드 n까지 소요된 비용함수 g(n)과 앞으로 남은 거리의 추정값 h(n)으로 구성되는데 과소추정된(underestimated) h(n)을 사용하면 최적의 해를 구할 수 있다는 것이 최대 장점으로 알려져 있다. 경로찾기에서 A*의 과소추정 휴리스틱으로는 유클리디언 거리나 맨하탄 거리 등이 있고 이들은 최단 거리 해를 찾는 것을 보장한다.
A* 알고리즘에서 휴리스틱 함수로 유클리디안 거리를 이용하는 경우 성능이 저하되는 이유는 무엇에 기인한 것인가? 경로찾기에서 가장 많이 이용되는 A* 알고리즘의 경우, 현재 노드에서 목표까지의 추정값을 의미하는 휴리스틱 함수를 이용하는데 대표적인 허용가능 휴리스틱(admissible heuristic)인 유클리디안 거리(Euclidean distance)를 전술적 경로찾기에서 이용하는 경우, 탐색 성능이 저하되는 단점이 있다. 이는 거리이외에 전술적 요소까지 더해진 실제 비용에 비해 직선 거리만을 고려한 휴리스틱 값이 현저하게 작은데 기인한다. 그러므로 본 논문에서는 A*를 이용하는 경로찾기에서 탐색의 성능을 향상시킬 수 있는 두 가지 휴리스틱을 제안하고 이들의 허용성을 분석하고 방문 노드수 비교를 통해 탐색 성능을 비교한다.
전술적 경로찾기의 장점은? 이와 같이 빠른 경로와 그 외의 여러 가지 요소들의 균형을 고려한 경로찾기를 전술적 경로찾기라고 한다 [1]. 전술적 경로찾기는 NPC(non-player character)의 움직임을 더 자연스럽게 해줄 뿐 아니라 게임 사용자에게 좀더 예측 불가능한 지능적 상대를 제공해 준다는 장점이 있다.
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