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copy

Cree una copia profunda del objeto de muestra de estado gaussiano

Desde R2023b

Sintaxis

sampler2 = copy(sampler1)

Descripción

sampler2 = copy(sampler1) crea una copia profunda del objeto muestreador de estado gaussiano.

Ejemplos

Muestra del espacio de estados SE(2) utilizando el muestreador de estados gaussiano

Muestreo de un espacio de estados SE(2) utilizando un muestreador de estados gaussiano y observe el impacto de los valores de los parámetros del muestreador en los resultados del muestreo.

Establezca el valor inicial para asegurarse de generar los mismos resultados.

rng(50,"twister");

Cree un mapa de ocupación simple con un pasaje estrecho.

map = binaryOccupancyMap;
occupied = [5*ones(9,1),[1; 2; 3; 4; 5; 7; 8; 9; 10]];
setOccupancy(map,occupied,1);
figure(Position=[0, 0, 200, 200])
show(map)

Define los límites inferior y superior de las variables de espacio de estados x, y y theta del mapa de ocupación.

x = map.XWorldLimits;
y =  map.YWorldLimits;
theta = [-pi pi];

Cree un objeto SE(2) de espacio de estados utilizando las variables de espacio de estados especificadas. Verifique la validez de los estados en el espacio de estados de entrada utilizando un validador de estados. Establezca la distancia de validación en 0,01.

ss = stateSpaceSE2([x; y; theta]);
sv = validatorOccupancyMap(ss,Map=map);
sv.ValidationDistance = 0.01;

Espacio de estados de muestra utilizando el muestreador de estados gaussiano

Cree un muestreador de estado gaussiano con valores de parámetros predeterminados. Por defecto:

• El número máximo de intentos que debe realizar el muestreador para encontrar las muestras de estado se establece en 10.

• Los valores de desviación estándar a lo largo de las direcciones $\mathit{x},\mathit{y},$ y $\theta$ se establecen en 0,1, 0,1 y 0,0628, respectivamente.

sampler_orig = stateSamplerGaussian(sv)

sampler_orig = 
  stateSamplerGaussian with properties:

           StateSpace: [1×1 stateSpaceSE2]
       StateValidator: [1×1 validatorOccupancyMap]
    StandardDeviation: [0.1000 0.1000 0.0628]
          MaxAttempts: 10

Genere 40 muestras para la planificación de movimiento desde el espacio de estados de entrada.

states_orig = sample(sampler_orig,40);

Puede generar muestras óptimas modificando el número máximo de intentos y los valores de desviación estándar. Si las muestras están dispersas por todo el espacio de entrada, aumente el número máximo de intentos y los valores de desviación estándar para concentrar las muestras de estado alrededor del límite del obstáculo.

Variar el número máximo de intentos

Cree copias del objeto muestreador de estado original y modifique el número máximo de intentos, propiedad del muestreador, MaxAttempts, para estudiar su impacto en los resultados del muestreo. Establezca los valores de desviación estándar en los valores predeterminados.

Establezca el número máximo de intentos para encontrar muestras válidas en 100 y genere 40 nuevas muestras a partir del espacio de estado de entrada.

sampler_2 = copy(sampler_orig);
sampler_2.MaxAttempts = 100;
states_2 = sample(sampler_2,40);

Establezca el número máximo de intentos para encontrar muestras válidas en 200 y genere 40 nuevas muestras a partir del espacio de estado de entrada.

sampler_3 = copy(sampler_orig);
sampler_3.MaxAttempts = 200;
states_3 = sample(sampler_3,40);

Muestra los resultados utilizando la función auxiliar helperDisplayStates. Tenga en cuenta que, a medida que aumenta el número de intentos, las muestras se concentran más alrededor del límite del obstáculo.

helperDisplayStates(map,states_orig,sampler_2,states_2,sampler_3,states_3,"MaxAttempts");

Variar la desviación estándar

Cree copias del objeto muestreador de estado original y modifique la desviación estándar, propiedad del muestreador, StandardDeviation, para estudiar su impacto en los resultados del muestreo. Establezca el número máximo de intentos en 200.

Genere 40 muestras con los valores de desviación estándar predeterminados.

sampler_orig.MaxAttempts = 200;
states_orig = sample(sampler_orig,40);

Establezca los valores de desviación estándar en [0,01 0,01 0,06]. Genere 40 nuevas muestras a partir del espacio de estados de entrada.

sampler_4 = copy(sampler_orig);
sampler_4.StandardDeviation = [0.01 0.01 0.06];
states_4 = sample(sampler_4,40);

Establezca los valores de desviación estándar en [0.5 0.5 0.06]. Genere 40 nuevas muestras a partir del espacio de estados de entrada.

sampler_5 = copy(sampler_orig);
sampler_5.StandardDeviation = [0.5 0.5 0.06];
states_5 = sample(sampler_5,40);

Muestra los resultados utilizando la función auxiliar helperDisplayStates . Tenga en cuenta que, a medida que aumenta los valores de desviación estándar, las muestras se concentran más alrededor del límite del obstáculo. Sin embargo, si los valores de desviación estándar son mayores que el ancho de los pasajes estrechos en el espacio de entrada, el muestreador genera resultados incorrectos.

helperDisplayStates(map,states_orig,sampler_4,states_4,sampler_5,states_5,"Std.Deviation");

Función auxiliar

helperDisplayStates muestra los resultados utilizando una ventana de figura personalizada.

function helperDisplayStates(map,states_orig,sampler_2,states_2,sampler_3,states_3,select)
if select == "MaxAttempts"
    title_1 = "MaxAttempts = 10 (Default value)";
    title_2 = strcat("MaxAttempts = ",num2str(sampler_2.MaxAttempts));
    title_3 = strcat("MaxAttempts = ",num2str(sampler_3.MaxAttempts));
elseif select == "Std.Deviation"
    title_1 = "StandardDeviation = [0.1 0.1 0.06] (Default value)";
    title_2 = strcat("StandardDeviation = [0.01 0.01 0.06]");
    title_3 = strcat("StandardDeviation = [0.5 0.5 0.06]");
end

fig_1 = figure(Position=[0 0 700 300]);
movegui("center")
panel_1 = uipanel(fig_1, ...
    Position=[0 0 0.33 1], ...
    Title=title_1);
hPlot1 = axes(panel_1);
show(map,Parent=hPlot1);
hold on;
plot(states_orig(:,1),states_orig(:,2),plannerLineSpec.state{:})
hold off

panel_2 = uipanel(fig_1, ...
    Position=[0.33 0 0.33 1], ...
    Title=title_2);
hPlot2 = axes(panel_2);
show(map,Parent=hPlot2);
hold on;
plot(states_2(:,1),states_2(:,2),plannerLineSpec.state{:})
hold off

panel_3 = uipanel(fig_1, ...
    Position=[0.66 0 0.33 1], ...
    Title=title_3);
hPlot3 = axes(panel_3);
show(map,Parent=hPlot3);
hold on;
plot(states_3(:,1),states_3(:,2),plannerLineSpec.state{:})
hold off
end

Modificar los parámetros del muestreador de estado gaussiano y comparar resultados

Modifique uno o más parámetros de un muestreador de estado gaussiano y compare su efecto en los resultados de la planificación del movimiento. Para lograr esto, puede crear una única instancia del objeto muestreador de estado gaussiano y, luego, utilizar la función copy del objeto stateSamplerGaussian para crear una copia profunda de la instancia del objeto existente, modificar los parámetros deseados y utilizarlo con el planificador para generar diferentes resultados.

Establezca la semilla del número aleatorio para garantizar la repetibilidad.

rng(50,"twister");

Crear mapa de ocupación y encontrar variables de estado

Cargue una cuadrícula de ocupación de probabilidad en el espacio de trabajo MATLAB®.

load("narrowPassageMap.mat","narrowPassage");

Cree un mapa de ocupación a partir de la cuadrícula de ocupación de entrada.

map = binaryOccupancyMap(narrowPassage,50);

Define los límites inferior y superior de las variables de espacio de estados x, y y theta del mapa de ocupación.

x = map.XWorldLimits;
y =  map.YWorldLimits;
theta = [-pi pi];

Crear muestra de estado gaussiano

Cree un objeto SE(2) de espacio de estados utilizando las variables de espacio de estados especificadas. Verifique la validez de los estados en el espacio de estados de entrada utilizando un validador de estados.

ss = stateSpaceSE2([x; y; theta]);
sv = validatorOccupancyMap(ss,Map=map);

Cree una muestra de estado gaussiano utilizando el validador de estado. Verifique los valores de los parámetros predeterminados.

sampler_1 = stateSamplerGaussian(sv)

sampler_1 = 
  stateSamplerGaussian with properties:

           StateSpace: [1×1 stateSpaceSE2]
       StateValidator: [1×1 validatorOccupancyMap]
    StandardDeviation: [0.1030 0.0644 0.0628]
          MaxAttempts: 10

Copiar muestrario de estado y modificar valores de parámetros

Cree una copia de la primera instancia del muestreador de estado gaussiano.

sampler_2 = copy(sampler_1);

Modifique las propiedades de desviación estándar y intentos máximos del muestreador de estado gaussiano.

sampler_2.StandardDeviation = [0.3 0.1 0.1];
sampler_2.MaxAttempts = 150;

Configurar el planificador de rutas PRM

Configure dos planificadores de rutas PRM. Utilice los muestreadores de estado gaussianos originales y modificados para muestrear el espacio de estados de entrada.

planner_1 = plannerPRM(ss,sv,StateSampler=sampler_1,MaxNumNodes=900); 
planner_2 = plannerPRM(sampler_2.StateSpace,sampler_2.StateValidator, ...
    StateSampler=sampler_2,MaxNumNodes=900); 

Encuentre la ruta óptima entre dos estados

Especifique el punto inicial y el punto objetivo en el espacio de estado de entrada.

startPose = [1 1 0];
goalPose = [9 1 0]; 

Calcule la ruta óptima entre el punto inicial y el punto objetivo utilizando los planificadores de ruta PRM.

[pathObj_1,info_1] = plan(planner_1,startPose,goalPose);
[pathObj_2,info_2] = plan(planner_2,startPose,goalPose);

Comparar resultados

Trazar los resultados obtenidos utilizando los dos muestreadores de estado gaussiano diferentes para la planificación del movimiento. Utilice las funciones plannerLineSpec.start y plannerLineSpec.goal para trazar los puntos de inicio y destino, respectivamente. Si el planificador con parámetros predeterminados ha encontrado una ruta óptima entre los estados inicial y objetivo, trace los resultados. Utilice la función plannerLineSpec.path para especificar el color predeterminado y las propiedades de línea para trazar la ruta.

figure
show(map)
hold on
plot(startPose(1),startPose(2),plannerLineSpec.start{:}); 
plot(goalPose(1),goalPose(2),plannerLineSpec.goal{:}); 
if info_1.IsPathFound
    plot(pathObj_1.States(:,1),pathObj_1.States(:,2),plannerLineSpec.path{:})
    title("Using Gaussian State Sampler with Default Parameters")
    legend
else
    disp("Path not found. Try modifying validator, sampler or planner parameters."); 
end
hold off

Trazar los resultados obtenidos utilizando el muestreador de estado gaussiano con valores de parámetros personalizados.

figure
show(map)
hold on
plot(startPose(1),startPose(2),plannerLineSpec.start{:}); 
plot(goalPose(1),goalPose(2),plannerLineSpec.goal{:}); 
if info_2.IsPathFound
    plot(pathObj_2.States(:,1),pathObj_2.States(:,2),plannerLineSpec.path{:})
    title("Using Gaussian State Sampler with Custom Parameters")
    legend
else
    disp("Path not found. Try modifying validator, sampler or planner parameters."); 
end
hold off

Argumentos de entrada

sampler1 — Objeto de muestra de estado

objeto stateSamplerGaussian

Objeto muestreador de estado, especificado como un objeto stateSamplerGaussian.

Argumentos de salida

sampler2 — Copia del objeto de muestra de estado

objeto stateSamplerGaussian

Copia del objeto muestreador de estado, devuelto como un objeto stateSamplerGaussian.

Historial de versiones

Introducido en R2023b

Consulte también

Objetos

• stateSamplerGaussian | stateSamplerMPNET

Funciones

• sample