[UE4] AvoidanceManager (RVO) とは？

執筆バージョン: Unreal Engine 4.24

はじめに

キャラクター同士の衝突回避を実現するためにUnrealEngineではCrowdManager（※１）とAvoidanceManagerというものがあります。

プロジェクト設定からも確認できるCrowdManagerとは違い,エディター上ではどこらかも存在を確認するこができないAvoidanceManager…

今回はそんな自分で探さない限り知り得ないであろうAvoidanceManagerについて紹介したいと思います。

特徴

AvoidanceManagerは衝突回避アルゴリズムであるRVO(Reciprocal Velocity Obstacles)（※２）をUEで使用するためのクラスで

以下の２種類のComponent内で使用されています

CharacterMovementComponent
WheeledVehicleMovementComponent

２つのComponentの基本的な使用方法、処理の流れはだいたい同じなため以降はCharacterMovementComponentでの使用を想定しての説明になります。

特徴

ブループリントのみで動作可能
使用するまでのセットアップが簡単（CharacterMovementComponent,WheeledVehicleMovementComponentであればすぐ使用できる）
調整項目数が少ないため習熟コストが低い
キャラクター以外でも対応がさせやすい（UMovementComponentにIRVOAvoidanceInterfaceを継承させることでAvoidanceManagerに登録可能）
ゲームプレイ中にブループリントから機能のオンオフ、回避動作相手の変更などができる

気になる点

回避動作にNavMeshが考慮されないため領域外に出ることがある

↓はNavMeshギリギリの位置にある目標ポイントに向かうときにグレイマンが常にグリーンマンの回避方向に妨害し続けた結果NavMesh外に移動してしまったグリーンマン…
その後、彼が動くことはありませんでした…

拡張にはC++が必要
デバック機能があまりない

使用方法

使用するための手順は非常にシンプルで

CharacterMovementComponentのUseRVOAvoidanceにチェックを入れる
CharacterMovementComponentのSetAvoidanceEnabledを使用し有効にする

のいずれかで使用可能です。

CharacterMovementComponentで公開されている変数情報

次にブループリント上で公開されてる変数まとめました。~~（それとよくわからなかった変数の日本語訳を画像で…）~~

変数名	説明
bUseRVOAvoidance	RVOを使用した回避処理を動作させる（サーバー上でのみ動作）クライアント環境では強制的にComponentの登録処理時、Falseに変更される
AvoidanceConsiderationRadius	回避処理をしだす範囲を指定します。 AvoidanceManagerではIRVOAvoidanceInterfaceのGetRVOAvoidanceOrigin（※２）から位置を取得しそこからの距離（高さは無視された２D距離）に回避対象者がいれば回避処理が継続されます。
AvoidanceWeight	回避時の重み付け。0.0以上1.0未満を指定する（１以上を指定すると回避処理されなくなるため注意）
AvoidanceUID	RVO機能を有効にしたMovementComponentを識別するためのユニークなID。 AvoidanceManagerに登録される際にIDがセットされます。（登録されたとき1からではなく0から使用されるため最初のComponentのみ登録されてたかの確認がとれないので注意）
AvoidanceGroup	自身が属する回避グループ。
GroupsToAvoid	回避動作をするべきグループ。デフォルトですべてのグループにチェックされてます。チェックを外すことで回避動作をしなくすることもできますが次の項目で設定するほうがわかりやすいかと思います。
GroupsToIgnore	回避動作を無視するグループ。ここにチェックしたグループが回避動作の範囲内に来ても何もしなくなります。

処理の流れ

UCharacterMovementComponentのbUseRVOAvoidanceがTrueにした場合

UCharacterMovementComponentのOnRegisterでNetModeのチェックが入りサーバーなら２に進み、クライアントだった場合強制的にbUseRVOAvoidanceがFalseになり終了
UCharacterMovementComponentのSetUpdatedComponentでbUseRVOAvoidanceがTrueの場合、AvoidanceManagerのRegisterMovementComponentでManagerに登録される
UCharacterMovementComponentのCalcVelocityでVelocityの計算がされるとき最後にCalcAvoidanceVelocityで回避動作するかの条件判定がされ回避が必要になった場合ここでVelocityが上書きされる
CalcAvoidanceVelocityで回避が必要ではなかった場合UpdateDefaultAvoidanceが処理される

BP上から設定可能なもの

コンソールコマンド

コンソールコマンドとして使用できるものは２種類あります。

使用時の注意点としてRVO機能はServer上でのみ処理されるためDebug表示もServerでのみ確認可能になっています

AvoidanceSystemToggle

Avoidanceのシステムをオンオフする

AvoidanceDisplayAll

Avoidanceのデバック表示

↑のような感じでAvoidanceManagerに登録される対象者に青い線が表示され実際回避処理がされる間は

赤い線に変わり足元に回避した方向が表示されます。

Engine.ini で設定できる項目

[/Script/Engine.AvoidanceManager]
DeltaTimeToPredict=0.5

1 2	[/Script/Engine.AvoidanceManager] DeltaTimeToPredict=0.5

	デフォルト値	説明
DefaultTimeToLive	1.5	RVO機能をオフにしてからAvoidanceManager内で完全に使用されなくなるまでの時間の猶予
LockTimeAfterAvoid	0.2	回避処理がされVelocityが設定された後、再度計算し直されるまでの時間（UCharacterMovementComponentではSetAvoidanceVelocityLockで設定し時間が経過するまで同じVelocityで動作し続けます）
LockTimeAfterClean	0.001	回避処理されなかったときの再度計算し直されるまでの時間。基本は毎フレームになる時間を指定。またキャラクター同時が接触した場合などもこれが指定されすぐ再計算されるようにしてる模様
DeltaTimeToPredict	0.5	衝突回避をする速度を求めるための予測時間
ArtificialRadiusExpansion	1.5	オブジェクトの半径に掛けられる係数（CharacterならGetScaledCapsuleRadius *ArtificialRadiusExpansionが実際計算で使用される半径のサイズ）
HeightCheckMargin	10.0	回避対象オブジェクトとの許容可能な高さ対象オブジェクトとのZ値の差分が「対象オブジェクトの高さ+自分の高さ+HeightCheckMargin」を超えているならスルーされる（UCharacterMovementComponentの場合はカプセルの半分サイズを高さとして使用されてます）

プロジェクト専用に拡張する場合

Engin.iniにAvoidanceManagerを指定することができるためプロジェクト用AvoidanceManagerを登録することは可能です。

[/Script/Engine.Engine]
AvoidanceManagerClassName=/Script/Engine.AvoidanceManager

1 2	[/Script/Engine.Engine] AvoidanceManagerClassName=/Script/Engine.AvoidanceManager

なのでずがこのAvoidanceManagerの関数はほぼvirtualがなかったりで有用ではないかもしれません…

Velocityを調整したい場合はUCharacterMovementComponentに限っては変数「bUseRVOPostProcess」をTrueにすることで関数「PostProcessAvoidanceVelocity」が使用できるのでこれを使用すればエンジン修正せずVelocityの調整が可能かと思います。

簡単ではありますがAvoidanceManagerについての紹介は以上となります、また機会があればCrowdManagerとの比較などやってみたいと思います。

少しでも皆様の開発に役立てばと思います。

ここまで読んでいただきありがとうございました。

※１

CrowdManagerの特徴や使用方法などはこちらを参考にさせていただきました。

https://qiita.com/EGJ-Ken_Kuwano/items/120901d259467568e4f7

※２

RVOに関しては以下のものを参考にさせていただきました。

https://qiita.com/Dv7Pavilion/items/5ef3cc4e95463027219a

※３

CharacterMovementComponentの場合、すでにIRVOAvoidanceInterfaceを継承しておりGetRVOAvoidanceOriginで返している位置は

キャラクターのカプセルの足元位置を返すようにしています。