一種基于動態環境的路徑規劃方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機仿真學及動畫學，尤其涉及在動態環境中模擬現實中的人行為模型的路徑規劃方法，屬于計算機應用領域。
技術背景
[0002]動態環境中的路徑規劃問題是在計算機動畫領域中人群導航的重要課題之一，在模擬現實生活中的人行為模型、場景布局等方面有著重要應用。因此對于這些應用來說，找到合適的、優化的而且適用于各種額外條件如動態環境、大規模人群、任意寬度路徑等成為路徑規劃算法的研究方向。
[0003]動態環境中的路徑規劃過程中會發生路徑方向改變、個體群體碰撞等問題。針對這些問題，在一些算法如彈性線路圖、多群體導航圖中已提出相對應的解決辦法，然而這些算法只是針對多群體的導航而沒有具體的動態地圖中的路徑解決方案。
[0004]在路徑規劃中基于傳統三角網格的算法，無法直接從三角網格中求出一條從源點到目標點并且帶有最小間隙值的路徑。然而加利福尼亞大學Marcelo Kallmann提出的局部通道三角網格即Local Clearance Triangulat1n(LCT三角網格)劃分中，賦予三角形網格中每條有向邊一個Local Clearance值，該值可以保證精確和有效的計算出從源點到目標點具有最小間隙值的最優路徑。
【發明內容】
[0005]本發明提出一種基于動態環境的路徑規劃方法，能夠對環境進行構造基于動態局部通道三角網格的導航網格，并能夠針對不同Agents在動態環境發生變化前后進行搜索路徑選擇和碰撞規避方法的研究。
[0006]本發明的一種基于動態環境的路徑規劃方法，包括以下步驟:
[0007 ] 步驟一、對動態環境構造實現局部通道三角網格Local ClearanceTriangulat1n(LCT)；
[0008]步驟二、保持原有的局部通道三角網格中對通道寬度Clearance值的要求，構建動態局部通道三角網格Dynamic Local Clearance Triangulat1n(DLCT)；
[0009]步驟三、將AD*算法作為啟發式動態路徑規劃方法，通過建立新的數據結構使得動態搜索算法能在動態環境中實時獲取地圖?目息進行規劃路徑。
[0010]進一步地，所述的新的數據結構包括:Map_Node中存儲了動態網格中障礙物發生變化后節點的構建網格信息;Agent_N0de中記錄了當移動個體在尋路過程所擴展的三角網格邊;0pen_Node中記錄了用來計算最優路徑而在節點中存放的信息。
[0011 ]進一步地，所述的AD*算法的執行步驟如下:
[0012]步驟3.1、程序初始化；構建OPEN、CL0SED和INCONS表，并將該三個表清空，膨脹因子初始值;其中OPEN表保存所有已生成而未考察的節點，CLOSED表中記錄已訪問過的節點，INCONS表存儲在OPEN表中已擴展過需要再次擴展的節點；膨脹因子e通過在搜索過程中遞減來找到最優路徑；
[0013]步驟3.2、計算最短路徑:計算最短路徑的過程中節點的擴展順序為從目標點goal到起始點start進行擴展，尋找出從源點到目標點的最短路徑；
[0014]步驟3.3、個體從起始點start開始沿路徑向目標點goal前進；
[0015]步驟3.4、在擴展過程中，通過將個體的寬度和通道寬度Clearance值進行對比，將已擴展過的節點存儲在INCONS表中，并不斷減小膨脹因子e的值；
[0016]步驟3.5、判斷前進過程中網格代價值是否發生變化，如果發生變化，則以當前節點為新的起始點，并減小膨脹因子e的值；
[0017]步驟3.6、在下一次擴展過程中，在對比個體的寬度和通道寬度Clearance值的基礎上，用啟發函數擴展OPEN表中剩余的點之前，把上一輪INCONS表中的點插入OPEN表中，在原來OPEN表的基礎上修改所有與變化節點相關的最小代價值g、繼承最小代價值rhs、節點值key的值，清空CLOSE表；
[0018]步驟3.7、從新的start點為起始點，goal為目標點，返回步驟3.3直至到達目標點。
[0019]進一步地，所述的構建動態局部通道三角網格具體包括以下步驟:
[0020]步驟2.1、獲取三角網格在發生變化后的地圖信息；
[0021 ]步驟2.2、獲取地圖中障礙物變化信息；
[0022]步驟2.3、地圖網格中障礙物節點信息發生改變時，若有新節點加入，則添加后更新相鄰接點;若有節點刪除，則刪除后更新相鄰節點信息；
[0023]步驟2.4、反復執行步驟2.3直至所有的更新信息都處理完畢；
[0024]步驟2.5、更新地圖中三角網格節點信息。
[0025]本發明的有益效果:對動態環境構造實現局部通道三角網格，保持原有的局部通道三角網格中對通道寬度Clearance值的要求，構建動態局部通道三角網格;通過建立新的數據結構改進AD*算法，并將其作為啟發式動態路徑規劃方法，使其能在動態環境中實時獲取地圖信息進行規劃路徑。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明基于動態環境的路徑規劃方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。
[0028]具體步驟如下:
[0029]I)獲取地圖網格中的41506個障礙物頂點信息，根據Delaunay三角剖分原理對地圖劃分得到基于約束的三角網格即Constrained Delaunay Triangulat1n(CDT三角網格)。
[0030]3)在CDT三角網的頂點集合T中遍歷圓弧查找干擾點，將存在干擾點的圓弧插入鏈表中。
[0031]4)遍歷完成后，對鏈表中干擾點進行重新劃分得到(CDT函數為將頂點集合S轉化為基于約束的三角網格的頂點集合T)。
[0032]5)重復進行(4)直到鏈表中所有干擾點消除，且有成立，構造實現局部通道三角網格。
[0033 ] 6)讓每兩個Agents在同一條路徑上反向移動。
[0034]7)獲取三角網格在發生變化后的地圖信息和地圖中障礙物變化信息。
[0035]8)地圖網格中障礙物節點信息發生改變時，若有新節點加入，則添加后更新相鄰接點;若有節點消失，則刪除后更新相鄰接點信息。
[0036]9)在Agent移動過程中，當碰撞即將發生時，每個Agent都把對面個體視為動態障礙物，反復執行過程(8)直至所有的更新信息都處理完畢。
[0037]10)更新地圖中三角網格節點信息，從而繞過之后繼續前行，在避免了碰撞發生的同時沿院方向到達目的地。
【主權項】
1.一種基于動態環境的路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、對動態環境構造實現局部通道三角網格Local Clearance Triangulat1n(LCT)； 步驟二、保持原有的局部通道三角網格中對通道寬度Clearance值的要求，構建動態局部通道三角網格Dynamic Local Clearance Triangulat1n(DLCT)； 步驟三、將AD*算法作為啟發式動態路徑規劃方法，通過建立新的數據結構使得動態搜索算法能在動態環境中實時獲取地圖?目息進行規劃路徑。2.如權利要求1所述的一種基于動態環境的路徑規劃方法，其特征在于，進一步地，所述的新的數據結構包括:Map_Node中存儲了動態網格中障礙物發生變化后節點的構建網格信息;Agent_Node中記錄了當移動個體在尋路過程所擴展的三角網格邊;Open_Node中記錄了用來計算最優路徑而在節點中存放的信息。3.如權利要求1或2所述的一種基于動態環境的路徑規劃方法，其特征在于，進一步地，所述的AD*算法的執行步驟如下: 步驟3.1、程序初始化;構建OPEN、CL0SED和IN⑶NS表，并將該三個表清空，膨脹因子初始值；其中OPEN表保存所有已生成而未考察的節點，CLOSED表中記錄已訪問過的節點，INCONS表存儲在OPEN表中已擴展過需要再次擴展的節點；膨脹因子e通過在搜索過程中遞減來找到最優路徑； 步驟3.2、計算最短路徑:計算最短路徑的過程中節點的擴展順序為從目標點goal到起始點start進行擴展，尋找出從源點到目標點的最短路徑； 步驟3.3、個體從起始點start開始沿路徑向目標點goal前進； 步驟3.4、在擴展過程中，通過將個體的寬度和通道寬度Clearance值進行對比，將已擴展過的節點存儲在INCONS表中，并不斷減小膨脹因子e的值； 步驟3.5、判斷前進過程中網格代價值是否發生變化，如果發生變化，則以當前節點為新的起始點，并減小膨脹因子e的值； 步驟3.6、在下一次擴展過程中，在對比個體的寬度和通道寬度Clearance值的基礎上，用啟發函數擴展OPEN表中剩余的點之前，把上一輪INCONS表中的點插入OPEN表中，在原來OPEN表的基礎上修改所有與變化節點相關的最小代價值g、繼承最小代價值rhs、節點值key的值，清空CLOSE表； 步驟3.7、從新的start點為起始點，goal為目標點，返回步驟3.3直至到達目標點。4.如權利要求1或2所述的一種基于動態環境的路徑規劃方法，其特征在于，進一步地，所述的構建動態局部通道三角網格具體包括以下步驟: 步驟2.1、獲取三角網格在發生變化后的地圖信息； 步驟2.2、獲取地圖中障礙物變化信息； 步驟2.3、地圖網格中障礙物節點信息發生改變時，若有新節點加入，則添加后更新相鄰接點;若有節點刪除，則刪除后更新相鄰節點信息； 步驟2.4、反復執行步驟2.3直至所有的更新信息都處理完畢； 步驟2.5、更新地圖中三角網格節點信息。
【專利摘要】本發明提出一種基于動態環境的路徑規劃方法，能夠對環境進行構造基于動態局部通道三角網格的導航網格，并能夠針對不同Agents在動態環境發生變化前后進行搜索路徑選擇和碰撞規避方法的研究。包括以下步驟：步驟一、對動態環境構造實現局部通道三角網格Local？Clearance？Triangulation(LCT)；步驟二、保持原有的局部通道三角網格中對通道寬度Clearance值的要求，構建動態局部通道三角網格Dynamic？Local？Clearance？Triangulation(DLCT)；步驟三、將AD*算法作為啟發式動態路徑規劃方法，通過建立新的數據結構使得動態搜索算法能在動態環境中實時獲取地圖信息進行規劃路徑。
【IPC分類】G01C21/20, G01C21/00
【公開號】CN105606088
【申請號】CN201610069368
【發明人】黃天羽, 王磊, 裴高軍, 權子曦
【申請人】北京理工大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年2月1日