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occupancyMap3D

Crear mapa de ocupación en 3D

Desde R2019b

Descripción

El objeto occupancyMap3D almacena un mapa 3-D e información del mapa. El mapa se almacena como valores probabilísticos en un octree data structure. La clase maneja entornos arbitrarios y expande su tamaño dinámicamente en función de las entradas de observación. Puede agregar observaciones como nubes de puntos o como ubicaciones específicas de xyz. Estas observaciones actualizan los valores de probabilidad. Los valores probabilísticos representan la ocupación de ubicaciones. La estructura de datos octree recorta los datos de manera adecuada para seguir siendo eficiente tanto en la memoria como en el disco.

Creación

Sintaxis

omap = occupancyMap3D

omap = occupancyMap3D(res)

omap = occupancyMap3D(res,Name,Value)

Descripción

omap = occupancyMap3D crea un mapa de ocupación tridimensional vacío sin observaciones y con valores de propiedad predeterminados.

omap = occupancyMap3D(res) especifica una resolución de mapa en celdas/metro y establece la propiedad Resolution .

omap = occupancyMap3D(res,Name,Value) especifica propiedades utilizando uno o más argumentos de nombre-valor. Por ejemplo, "FreeThreshold",0.25 establece el umbral para considerar celdas libres de obstáculos como un valor de probabilidad de 0,25.

Propiedades

Resolution — Resolución de cuadrícula

1 (predeterminado) | escalar positivo

Resolución de cuadrícula en celdas por metro, especificada como escalar. Especificar resolución sobre construcción. Las observaciones insertadas con precisiones superiores a este valor se redondean hacia abajo y se aplican a esta resolución.

FreeThreshold — Umbral para considerar las células libres de obstáculos

0.2 (predeterminado) | escalar positivo

Umbral para considerar las células como libres de obstáculos, especificado como un escalar positivo. Los valores de probabilidad por debajo de este umbral se consideran libres de obstáculos.

OccupiedThreshold — Umbral para considerar celdas como ocupadas

0.65 (predeterminado) | escalar positivo

Umbral para considerar celdas ocupadas, especificado como un escalar positivo. Los valores de probabilidad superiores a este umbral se consideran ocupados.

ProbabilitySaturation — Límites de saturación de los valores de probabilidad.

[0.001 0.999] (predeterminado) | [min max] vector

Límites de saturación en valores de probabilidad, especificados como un vector [min max] . Los valores por encima o por debajo de estos valores de saturación se establecen en los valores min o max . Esta propiedad reduce la sobresaturación de las células cuando se incorporan múltiples observaciones.

Funciones del objeto

checkOccupancy	Consultar si las localidades están libres u ocupadas
getOccupancy	Obtener probabilidad de ocupación de ubicaciones
inflate	Agrandar cada ubicación ocupada
insertPointCloud	Inserte puntos 3D o observaciones de nubes de puntos en el mapa
rayIntersection	Encuentra puntos de intersección de rayos y celdas de mapa ocupadas.
setOccupancy	Establecer probabilidad de ocupación de ubicaciones
show	Mostrar mapa de ocupación en 3D
updateOccupancy	Actualizar probabilidad de ocupación en ubicaciones

Ejemplos

Cree un mapa de ocupación en 3D e infle puntos

El objeto occupancyMap3D almacena obstáculos en el espacio tridimensional, utilizando observaciones de sensores para mapear un entorno. Cree un mapa y agregue puntos desde una nube de puntos para identificar obstáculos. Luego infle los obstáculos en el mapa para garantizar un espacio operativo seguro alrededor de los obstáculos.

Cree un objeto occupancyMap3D con una resolución de mapa de 10 celdas/metro.

map3D = occupancyMap3D(10);

Defina un conjunto de puntos 3-D como una observación desde una pose [x y z qw qx qy qz]. Esta pose es para el sensor que observa estos puntos y está centrado en el origen. Defina dos conjuntos de puntos para insertar múltiples observaciones.

pose = [ 0 0 0 1 0 0 0];

points = repmat((0:0.25:2)', 1, 3);
points2 = [(0:0.25:2)' (2:-0.25:0)' (0:0.25:2)'];
maxRange = 5;

Inserte el primer conjunto de puntos usando insertPointCloud. La función utiliza la pose del sensor y los puntos dados para insertar observaciones en el mapa. Los colores mostrados se correlacionan con la altura del punto sólo con fines ilustrativos.

insertPointCloud(map3D,pose,points,maxRange)
show(map3D)

Inserte el segundo conjunto de puntos. El rayo entre la posición del sensor (origen) y estos puntos se superpone a los puntos de la inserción anterior. Por tanto, el espacio libre entre el sensor y los nuevos puntos se actualiza y marca como espacio libre.

insertPointCloud(map3D,pose,points2,maxRange)
show(map3D)

Infle el mapa para agregar una zona de amortiguamiento para una operación segura alrededor de obstáculos. Defina el radio del vehículo y la distancia de seguridad y utilice la suma de estos valores para definir el radio de inflación para el mapa.

vehicleRadius = 0.2;
safetyRadius = 0.3;
inflationRadius = vehicleRadius + safetyRadius;
inflate(map3D, inflationRadius);

show(map3D)

Algoritmos

Estructura de datos de octree

La estructura de datos octree es una estructura jerárquica que se utiliza para la subdivisión de un entorno en volúmenes cúbicos llamados vóxeles. Para un volumen de mapa determinado, el espacio se subdivide recursivamente en ocho vóxeles hasta que alcanza la resolución de mapa deseada (tamaño de vóxel). Esta subdivisión se puede representar como un árbol, que almacena valores de probabilidad para ubicaciones en el mapa.

Los valores de probabilidad en el árbol tienen una representación logarítmica de probabilidades. Esta representación permite que las ubicaciones se recuperen fácilmente de observaciones dinámicas y reduce los errores numéricos debidos a pequeñas probabilidades. Para seguir siendo eficiente en la memoria, las ramas inferiores del árbol se podan en la estructura si comparten los mismos valores de ocupación utilizando esta representación de probabilidades logarítmicas.

El objeto maneja internamente la organización de esta estructura de datos, incluida la poda de ramas. Cuando utilice funciones como setOccupancy, getOccupancy o insertPointCloud, especifique todas las observaciones como coordenadas espaciales. El objeto determina las inserciones en el árbol y la navegación a través del árbol, basándose en las coordenadas espaciales y la resolución del mapa.

Referencias

[1] Hornung, Armin, Kai M. Wurm, Maren Bennewitz, Cyrill Stachniss, and Wolfram Burgard. "OctoMap: an efficient probabilistic 3D mapping framework based on octrees." Autonomous Robots 34, no. 3 (April 2013): 189–206. https://doi.org/10.1007/s10514-012-9321-0.

Capacidades ampliadas

Generación de código C/C++

Genere código C y C++ mediante MATLAB® Coder™.

occupancyMap3D no admite la generación de código usando la función packNGo (MATLAB Coder) si configura el argumento packType en "flat".

Historial de versiones

Introducido en R2019b

Consulte también

Objetos

• occupancyMap | occupancyMap3DCollisionOptions | binaryOccupancyMap

Funciones

• checkMapCollision | insertPointCloud | inflate | setOccupancy | show | rosReadOccupancyMap3D (ROS Toolbox)