Una red de carreteras realista

Suponiendo que tenga un mapa, primero trazaría todos los diferentes asentamientos. Pueblos, ciudades, pueblos, aldeas, letrinas, todo. Ahora conéctelos en línea recta. Completamente recto. No importa si las líneas atraviesan un océano o atraviesan un volcán; los modificaremos más tarde. El punto de las líneas rectas es que, siempre que sea posible, las carreteras seguirán la ruta más corta desde el punto$A$apuntar$B$.

Obstáculos

A veces, la ruta más corta no es una línea. Probablemente tengas algunos obstáculos para cada camino. Esto es lo que haces para algunos de los más comunes:

• Agua : si es un océano, dé la vuelta por tierra o coloque un puerto a cada lado y conecte los dos lados con barcos. Les puedo asegurar que los puentes no van a funcionar para tramos de cien millas de largo . Bueno, hay excepciones , pero son pocas y distantes entre sí. Y son costosos. Entonces, si tiene que cruzar un océano donde las dos masas de tierra no están conectadas, simplemente use un bote.

  Para lagos de menos de 10 millas de largo, abrace la orilla del lago. Claro, podrías construir un puente, pero destruirías un entorno prístino. Puede darse el lujo de ir por el camino más largo para salvar un hábitat. Para lagos de más de 10 millas de longitud. . . Bueno, se aplica la regla del océano. O usa puertos o ve por el camino largo.

  Los ríos y arroyos son fáciles de cruzar. Sólo construye un puente. Por lo general, no son demasiado anchos, por lo que esto no debería ser difícil. Si el camino sigue un río (como muchos lo hacen), haz que corra paralelo. Si está en un ángulo tal que una línea recta cruzaría el río en diagonal en un lapso de una docena de millas (o incluso solo una milla), solo haz que corra paralela por un tiempo y luego cruza. Haz lo que haría un corredor: pasa el menor tiempo posible cruzando.

  Otro enfoque que olvidé por completo es usar túneles. Estos son perfectos para sumergirse en cuerpos de agua de tamaño moderado. El Túnel del Canal es un ejemplo. Si no quiere estropear el paisaje o bloquear potencialmente las rutas comerciales en los ríos, simplemente construya un túnel. Ahora, hay otros problemas con la construcción de un túnel, específicamente, bajar la maquinaria allí, pero podría valer la pena.

• Tierra - Las montañas son complicadas. Repasarlos no es práctico; pasar por debajo o a través de ellos es igualmente poco práctico. Rodéelos o, mejor aún, tome un puerto de montaña (pero excluya los camiones grandes y otros vehículos). Un paso de montaña significa que puede reducir la pendiente del camino sin dejar de mantenerlo razonablemente recto (es decir, sin desviarse demasiado de su ruta original) y brindando a los que están en el vehículo una buena vista. Aquí se aplican las mismas reglas para los túneles que para los obstáculos de agua. Lo mismo ocurre con los abismos y cañones sin agua: Ir por el camino más corto posible. Los puentes siempre son útiles.

  Otra cosa a tener en cuenta sobre las rutas con cambios de elevación es que subir o bajar cuestas crea un camino más largo que ir sobre una superficie plana. Tienes que viajar tanto vertical como horizontalmente y, por lo tanto, tienes más terreno que cubrir. Por lo tanto, incluso si puedes pasar de$A$a$B$en línea recta visto desde arriba, puede que no sea el camino más corto si hay cambios drásticos de elevación.

¿Cuan grande?

Obviamente, no todas sus carreteras van a ser del mismo tamaño. Está bien. Aquí hay un truco que usaría para calcular su tamaño: trátelos como líneas de campo . Cuanta más gente haya en un lugar, más caminos (o más grandes) saldrán de él. Todas las líneas de campo deben comenzar y terminar, y todos los caminos deben comenzar y terminar. Sólo tienes que averiguar a dónde van.

Cómo evolucionará tu mundo

Tu mundo ciertamente cambiará una vez que surjan las carreteras. Los asentamientos aparecerán en las encrucijadas, así como en la intersección de caminos y masas de agua, formando ciudades portuarias. A medida que crezcan las carreteras, crecerán los asentamientos y, a medida que crezcan los asentamientos, también lo harán las carreteras. Los dos tienen una estrecha relación. Necesita caminos para los asentamientos porque necesita ir de uno a otro. La gente se aventurará y explorará la tierra, y comenzará nuevos asentamientos, por lo que habrá caminos que conduzcan allí. Las ciudades surgirán y desaparecerán, y así se construirán y derribarán caminos.

La evolución de las carreteras.

Los primeros caminos serán senderos, aptos solo para que los recorra unas pocas personas a la vez. Se utilizarán una sola vez: para llegar a una colonia. Eventualmente, sin embargo, más personas vendrán a la colonia, y los senderos se convertirán en caminos, lo suficientemente grandes para que pasen los carros. Lo que suceda a continuación depende de cómo le vaya a la colonia. Si falla, el camino caerá en desuso. Pero si tiene éxito, el camino se ampliará. Si esta colonia finalmente se convierte en parte total de una nación (estoy imaginando algo como el oeste americano aquí, excepto, por alguna extraña razón, con bosques), entonces el camino tendrá una designación oficial, tal vez un nombre oficial, en lugar de un apodo casual. Puede volverse pavimentado, o al menos cubierto con grava. Eventualmente, suponiendo que se haya desarrollado la pavimentación, seguramente se pavimentará. A partir de aquí, la vía evolucionará en función del tráfico que la utilice. Podría convertirse en una carretera ruidosa o en un camino sinuoso. Todo depende de hacia dónde se dirija.

Los asentamientos y las rutas de transporte están muy estrechamente relacionados, por lo que es posible que, al desarrollar ambos al mismo tiempo, obtenga un entorno más realista.

Según el nivel de tecnología de su configuración, hay algunas consideraciones generales que se deben tener en cuenta:

• Cruzar el agua es difícil : los ríos son peligrosos de vadear en muchos lugares o incluso intransitables en algunas épocas del año, por lo que los caminos convergerán en vados o puentes. Mire los nombres de lugares británicos para ver cuántas terminaciones 'ford' y 'bridge' hay. Los puentes no son necesariamente fáciles de construir y requieren tiempo y recursos, pero es probable que tener uno atraiga a las personas que desean cruzar un río desde una gran distancia. Los lagos son similares, pero como se menciona en la respuesta de @ HDE226868, las carreteras alrededor de los lagos tenderán a abrazar la costa. Los caminos a menudo seguirán las vías fluviales, a veces como un legado de los barcos tirados por caballos, pero a veces porque:
• Las colinas son duras , un problema menor para los motores modernos, pero las carreteras tenderán a seguir valles en lugar de viajar sobre crestas. Además, las cimas de las colinas tienden a estar expuestas, lo que significa una mayor probabilidad de que el transporte moderno se desvíe del rumbo y los viajes a pie o a caballo sean muy desagradables, por lo que las personas a menudo eligen rutas que ofrecen cierto grado de protección. Una ventaja de una carretera que sigue una línea de costa o una vía fluvial es que es poco probable que haya grandes pendientes con las que lidiar.
• Los humedales son difíciles : mantener un camino sobre suelo húmedo o con turba es muy difícil y requiere mucho trabajo. Una vez más, un problema menor en un entorno moderno, pero la mayoría de las carreteras no se construyeron en un entorno moderno. Los humedales tienden a socavar las carreteras, de modo que se forman baches y charcos en los que es fácil que los vehículos de ruedas se atasquen. En consecuencia, siempre que sea posible, es probable que las carreteras rodeen los humedales.
• Nadie quiere un camino sobre su campo : si observa los caminos en áreas donde hay mucha agricultura, a menudo bordean los límites del campo, por lo que la ruta que toman tiende a ser un poco tortuosa. Esta es una forma de ver los límites de las antiguas propiedades aquí en el Reino Unido porque las carreteras se vuelven rectas de repente.
• Los asentamientos se desarrollan donde hay caminos : surgen muchos asentamientos donde convergen los caminos porque es donde se lleva a cabo el comercio, por lo que es posible que haya pequeños asentamientos en el bosque donde viven los leñadores, pero habrá una ciudad central más grande que los conecte con el transporte. donde pueden vender la madera que cosechan y comprar artículos de primera necesidad como alimentos y hojas de sierra. Este es un patrón común. Esta también es una ventaja de cruzar un río difícil: todos los que quieren cruzar el río ahora pasan por tu aldea. Por el contrario, es probable que los asentamientos en un valle sin tráfico sean algo así como un remanso y no reciban muchos visitantes.

Si estuviera pensando en los asentamientos dentro de una región desde una perspectiva económica, esperaría que hubiera un puerto costero, probablemente en la desembocadura de un río que proporciona un puerto y un enlace hacia el interior. Entonces esperaría ver asentamientos donde haya recursos disponibles. Sería necesario llevar mercancías de esos asentamientos al puerto, así es como surge su red de carreteras y en los puntos donde convergen las carreteras o donde cruzan ríos y otros terrenos difíciles, espero que surjan nuevos asentamientos.

Por supuesto, hay muchos factores no económicos: los sitios religiosos, la infraestructura militar y los proyectos políticos pueden contribuir al desarrollo de un sistema de carreteras, pero la combinación de la geografía y la necesidad económica puede brindar una base realmente sólida para el diseño de un sistema de carreteras. .

Si desea probar un algoritmo para hacer esto, siga este diseño (se basa en el algoritmo de optimización de colonias de hormigas ):

• Envía miles de hormigas.
• Para cada paso, intente encontrar uno que consuma la menor cantidad de energía con algún exceso aleatorio. Subir requiere más energía que bajar, pasar sobre el agua es más caro que pasar por un puente, etc.
• El exceso permite que las hormigas prueben caminos secundarios subóptimos (como gatear sobre una cresta alta entre dos montañas) que dan como resultado un mejor camino general.

Con cada hormiga que envíe, la ruta entre dos sitios mejorará. Si usa color, puede mostrar el costo de cada parte de las rutas. Eso te permitirá optimizar manualmente algunas partes (como abrir caminos a través de bosques o túneles a través de montañas).

[EDITAR] Los caminos humanos siguen el mismo patrón. Si vas a un parque, notarás que el césped está pisoteado en ciertos lugares. Ahí es donde la gente toma atajos. Los arquitectos incluso se aprovechan de esto al no crear ningún camino al principio, esperando hasta que las personas creen las pistas y luego las conviertan en formas adecuadas. Ver wikipedia: camino del deseo .

La parte complicada del algoritmo anterior es convertir todos los obstáculos en energía. Además, el entorno de las carreteras reales cambia con el tiempo. Los árboles se talan o mueren, las casas se construyen y se derriban, las ciudades crecen y se abandonan. Luego están los obstáculos legales como que la gente no venda un terreno, obligando al camino a tomar otro rumbo. Después de un largo período de tiempo, las carreteras se verán "fuera de lugar". Pero al mismo tiempo, constantemente demolimos/abandonamos carreteras y construimos otras nuevas (mejores).

La reconstrucción, por supuesto, depende del nivel técnico de la civilización. Hoy en día, es relativamente fácil (= máquinas grandes) y barato (= hay más dinero en el planeta que nunca antes, por lo que, en comparación, todas las cosas grandes se vuelven más baratas) construir una nueva carretera. Hace dos mil años, los caminos pequeños surgieron naturalmente de los caminos del deseo, pero los caminos grandes tardaron décadas desde el plan hasta la finalización.

Consulte " Calzadas romanas " para conocer algunas técnicas antiguas. Desafortunadamente, no pude encontrar un buen recurso sobre cuánto tiempo tomó el proceso.

Mi enfoque del problema sería comenzar con un algoritmo simple y un entorno estático. Luego experimentaba con el código, como cambiar el entorno entre iteraciones.

Al determinar la forma más realista en la que podría evolucionar una ruta, el enfoque más efectivo es realizar un ejercicio de mapeo de restricciones, o "Análisis de ruta de costos" , que es una forma de análisis espacial .

Si bien esto puede parecer un ejercicio abiertamente planificado, es importante considerar que es la elección de las restricciones, más que el análisis, lo que da credibilidad al resultado.

Las restricciones también cambiarán con el tiempo, por lo que a medida que cambien las prioridades de una cultura y las mejoras tecnológicas superen algunas restricciones, surgirán otras nuevas para ocupar su lugar.

Pensando en las restricciones

La publicación original dicta que el proceso debe comenzar

"en un período con recursos y transporte limitados"

Así que pensemos en cómo se desarrolla una nueva ruta en esta situación y los tipos de restricciones que podrían ser aplicables. Una nueva ruta se desarrolla a partir de una necesidad, generalmente económica (llevar sus productos al mercado) o de supervivencia (bajar de las montañas en el invierno, huir de un opresor, seguir una ruta de migración animal)

• tiempo de viaje : la gente quiere llegar a donde va lo más rápido posible, dentro de los límites de las otras restricciones.
• seguridad : los primeros viajeros querrán evitar las áreas peligrosas (animales salvajes en el bosque, ladrones en las colinas, etc.).
• hidrología : cualquier curso de agua o cuerpo de agua que no se pueda vadear será efectivamente intransitable hasta que la ruta esté más desarrollada.
• Rutas existentes : puede ser más fácil usar parte de una ruta existente y más establecida que comenzar una nueva.
• influencias culturales : las rutas pueden evitar los lugares sagrados, o puede haber áreas por las que está prohibido viajar por alguna razón, ya sea que se trate de tierras privadas o tabúes culturales.

A medida que pasa el tiempo, a menudo son los cambios en las restricciones los que determinarán si una ruta prospera. ¿Han comenzado los ladrones a apuntar a las caravanas en el paso de la montaña, lo que significa que es más seguro atravesar el bosque? ¿Una nueva carretera pavimentada entre dos asentamientos cercanos ha mejorado los tiempos de viaje haciendo que las rutas más antiguas sean redundantes?

Análisis

Una vez que haya decidido las restricciones para su análisis, el siguiente paso es dividir su área mapeada en una cuadrícula y asignar un valor a cada celda, para cada restricción (Excel al rescate). Las puntuaciones altas son malas, las puntuaciones bajas son buenas. La suma de las puntuaciones de todas las restricciones de una celda dada le da la "puntuación" total de la celda. También puede modificar las puntuaciones que asigna a cada restricción para ponderar ciertas cosas que cree que son más importantes.

Cuando cada celda tiene un puntaje, es solo cuestión de trabajar desde el punto A en su cuadrícula hasta el punto B, construyendo una ruta de "Ruta de menor costo" .

Pensar en las restricciones cambiantes a lo largo del tiempo y realizar un ejercicio similar para diferentes períodos en la línea de tiempo revelará una evolución de ruta más natural que por conjeturas y suposiciones.

Mapearía la historia de los asentamientos y las carreteras del área a lo largo del tiempo, comenzando con el terreno. Lo que tenía sentido en una era a menudo tiene menos sentido después. Hay muchas razones por las que las carreteras se construyen, mantienen o utilizan o no: política, agricultura, industria, corrupción porcina, razones militares, suburbanización. Hablando de eso, echa un vistazo a la cuadrícula de carreteras en una ciudad tradicional, donde los peatones y los caballos eran comunes, y las carreteras permiten el acceso a casi todo en muchas direcciones, a los patrones de carreteras (y distribución de edificios) de los suburbios orientados al automóvil, donde la gente necesita los automóviles para llegar a las tiendas, y las carreteras tienden a proporcionar solo un acceso de ramificación limitado con muchos callejones sin salida y callejones sin salida. Puedes aprender mucho estudiando mapas de diferentes períodos y lugares.

En cuanto a ser óptimo o no, incluso el desarrollo vial completamente nuevo del siglo XXI a menudo parece bastante lejos de ser óptimo, incluso considerando todos los límites e influencias no relacionados con el tráfico en juego. El tráfico también tiende a utilizar las carreteras de manera bastante no óptima. Definitivamente hay mucha inercia en los sistemas viales. Algunos caminos de la antigua Roma todavía están en uso, por ejemplo.

Comience con un diseño que conecte cada asentamiento con otro asentamiento cercano. Luego, elija un grupo de asentamientos conectados al azar y conéctese al asentamiento no conectado más cercano con el camino más difícil posible. Repita hasta que haya una forma de llegar entre todos los asentamientos.

Una vez que todos los asentamientos estén conectados, elija dos asentamientos grandes al azar y agregue un camino corto que reduzca el tiempo de viaje entre ellos, tal vez evitando un asentamiento que ralentiza un camino. Repetir.

Mientras tanto, permita que los asentamientos mejor conectados crezcan en tamaño.

Los puntos de su mapa (ciudades, pueblos y aldeas) están jerárquicos, por lo que el patrón de la carretera debe respetar esta jerarquía. Un punto quiere comunicarse con uno mayor, no con un igual. Esta jerarquía también refleja la dispersión de puntos. El camino en sí también hace puntos. Un camino importante y largo debe tener posadas, puntos de descanso, que con el tiempo se convierten en pueblos. También hay un punto demográfico a lo largo del camino que podemos ver en fotos satelitales de caminos forestales . Otro factor importante es el agua. No se puede construir una ciudad sin agua para beber y para sembrar. Si la ciudad se hizo demasiado grande, como Roma, necesitarás una solución logística, como importar mucho trigo (y luchar en guerras por tierras cultivables) y construir acueductos.

Existen razones físicas, económicas e históricas para que una ciudad se vuelva grande e importante, pero siempre recuerde que el sistema vial es jerárquico al igual que los puntos que une. Por lo tanto, la probabilidad de que dos pueblos cercanos pero pequeños tengan una conexión directa es menor que la probabilidad de que estos pueblos tengan una conexión directa con una ciudad más grande cercana. ¿Esta es la "red más eficiente"? Para la mayoría de los viajes, sí, pero es muy subóptimo para hacer todos los viajes posibles. Viajar es un riesgo, incluso hoy en día, y esto es un factor en contra de darle una oportunidad a Big Bad Wolf en caminos solitarios.

Asi que:

1. Piensa en la gente. ¿Por qué viven en cada punto? ¿Por qué algunos puntos se volvieron importantes (grandes)?
2. Vincule puntos importantes, distribuya puntos más pequeños alrededor de los más grandes y en las carreteras más importantes.
3. Vincule los nuevos puntos a las ciudades, pensando en la jerarquía de puntos y "¿por qué un ciudadano de este punto quiere ir a este otro punto?" sino también a puntos en caminos, o cruces de caminos. Muchas ciudades nacen de esta manera.
4. Seleccione algunos de estos nuevos puntos para crecer y repita hasta que le guste su mapa.