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copy

Créer une copie complète de l'objet échantillonneur d'état gaussien

Depuis R2023b

Syntaxe

sampler2 = copy(sampler1)

Description

sampler2 = copy(sampler1) crée une copie complète de l'objet échantillonneur d'état gaussien.

Exemples

Exemple d'espace d'état SE (2) à l'aide d'un échantillonneur d'état gaussien

Échantillonnez un espace d'état SE(2) à l'aide d'un échantillonneur d'état gaussien et observez l'impact des valeurs des paramètres de l'échantillonneur sur les résultats d'échantillonnage.

Définissez la valeur de départ pour vous assurer de générer les mêmes résultats.

rng(50,"twister");

Créez une carte d'occupation simple avec un passage étroit.

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)

Définissez les limites inférieure et supérieure des variables de l'espace d'état x, y et theta à partir de la carte d'occupation.

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

Créez un objet SE(2) d'espace d'état à l'aide des variables d'espace d'état spécifiées. Vérifiez la validité des états dans l'espace d'état d'entrée à l'aide d'un validateur d'état. Définissez la distance de validation sur 0,01.

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

Exemple d'espace d'état à l'aide d'un échantillonneur d'état gaussien

Créez un échantillonneur d'état gaussien avec les valeurs de paramètres par défaut. Par défaut:

• Le nombre maximum de tentatives que l'échantillonneur doit effectuer pour trouver les échantillons d'état est fixé à 10.

• Les valeurs d'écart type le long de la$\mathit{x},\mathit{y},$et$\theta$les directions sont définies respectivement sur 0,1, 0,1 et 0,0628.

sampler_orig = stateSamplerGaussian(sv)

sampler_orig = 
  stateSamplerGaussian with properties:

           StateSpace: [1x1 stateSpaceSE2]
       StateValidator: [1x1 validatorOccupancyMap]
    StandardDeviation: [0.1000 0.1000 0.0628]
          MaxAttempts: 10

Générez 40 échantillons pour la planification de mouvement à partir de l'espace d'état d'entrée.

states_orig = sample(sampler_orig,40);

Vous pouvez générer des échantillons optimaux en modifiant le nombre maximum de tentatives et les valeurs d'écart type. Si les échantillons sont dispersés dans tout l'espace d'entrée, augmentez le nombre maximum de tentatives et les valeurs d'écart type pour concentrer les échantillons d'état autour de la limite de l'obstacle.

Varier le nombre maximum de tentatives

Créez des copies de l'objet échantillonneur d'état d'origine et modifiez le nombre maximum de tentatives, propriété de l'échantillonneur, MaxAttempts, pour étudier son impact sur les résultats d'échantillonnage. Définissez les valeurs d’écart type sur les valeurs par défaut.

Définissez le nombre maximum de tentatives pour trouver des échantillons valides sur 100 et générez 40 nouveaux échantillons à partir de l'espace d'état d'entrée.

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

Définissez le nombre maximum de tentatives pour trouver des échantillons valides sur 200 et générez 40 nouveaux échantillons à partir de l'espace d'état d'entrée.

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

Affichez les résultats à l'aide de la fonction d'assistance helperDisplayStates . Notez que, à mesure que le nombre de tentatives augmente, les échantillons se concentrent davantage autour de la limite de l’obstacle.

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

Varier l'écart type

Créez des copies de l'objet échantillonneur d'état d'origine et modifiez l'écart type, propriété de l'échantillonneur, StandardDeviation, pour étudier son impact sur les résultats d'échantillonnage. Définissez le nombre maximum de tentatives sur 200.

Générez 40 échantillons avec les valeurs d’écart type par défaut.

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

Définissez les valeurs d’écart type sur [0,01 0,01 0,06]. Générez 40 nouveaux échantillons à partir de l’espace d’état d’entrée.

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

Définissez les valeurs d’écart type sur [0,5 0,5 0,06]. Générez 40 nouveaux échantillons à partir de l’espace d’état d’entrée.

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

Affichez les résultats à l'aide de la fonction d'assistance helperDisplayStates . Notez que, à mesure que vous augmentez les valeurs d’écart type, les échantillons se concentrent davantage autour de la limite de l’obstacle. Cependant, si les valeurs d'écart type sont supérieures à la largeur des passages étroits dans l'espace d'entrée, l'échantillonneur génère des résultats incorrects.

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

 Fonction d'assistance 

helperDisplayStates affiche les résultats à l’aide d’une fenêtre de figure personnalisée.

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

Modifier les paramètres de l'échantillonneur d'état gaussien et comparer les résultats

Modifiez un ou plusieurs paramètres d'un échantillonneur d'état gaussien et comparez son effet sur les résultats de la planification de mouvement. Pour ce faire, vous pouvez créer une seule instance de l'objet échantillonneur d'état gaussien, puis utiliser la fonction copy de l'objet stateSamplerGaussian pour créer une copie complète de l'instance d'objet existante, modifiez les paramètres souhaités et utilisez-la avec le planificateur pour générer différents résultats.

Définissez la valeur de départ du nombre aléatoire pour garantir la répétabilité.

rng(50,"twister");

Créer une carte d'occupation et rechercher des variables d'état

Chargez une grille d'occupation de probabilité dans l'espace de travail MATLAB®.

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

Créez une carte d'occupation à partir de la grille d'occupation d'entrée.

map = binaryOccupancyMap(narrowPassage,50);

Définissez les limites inférieure et supérieure des variables de l'espace d'état x, y et theta à partir de la carte d'occupation.

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

Créer un échantillonneur d'état gaussien

Créez un objet SE(2) d'espace d'état à l'aide des variables d'espace d'état spécifiées. Vérifiez la validité des états dans l'espace d'état d'entrée à l'aide d'un validateur d'état.

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

Créez un échantillonneur d'état gaussien à l'aide du validateur d'état. Vérifiez les valeurs des paramètres par défaut.

sampler_1 = stateSamplerGaussian(sv)

sampler_1 = 
  stateSamplerGaussian with properties:

           StateSpace: [1x1 stateSpaceSE2]
       StateValidator: [1x1 validatorOccupancyMap]
    StandardDeviation: [0.1030 0.0644 0.0628]
          MaxAttempts: 10

Copier l'échantillonneur d'état et modifier les valeurs des paramètres

Créez une copie de la première instance de l'échantillonneur d'état gaussien.

sampler_2 = copy(sampler_1);

Modifiez les propriétés d’écart type et de tentatives maximales de l’échantillonneur d’état gaussien.

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

Configurer le planificateur de chemin PRM

Configurez deux planificateurs de chemin PRM. Utilisez les échantillonneurs d'état gaussiens d'origine et modifiés pour échantillonner l'espace d'état d'entrée.

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

Trouver le chemin optimal entre deux états

Spécifiez le point de départ et le point d'objectif dans l'espace d'état d'entrée.

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

Calculez le chemin optimal entre le point de départ et le point d'arrivée à l'aide des planificateurs de chemin PRM.

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

Comparer les résultats

Tracez les résultats obtenus en utilisant les deux échantillonneurs d'état gaussiens différents pour la planification du mouvement. Utilisez les fonctions plannerLineSpec.start et plannerLineSpec.goal pour tracer les points de départ et d'objectif, respectivement. Si le planificateur avec les paramètres par défaut a trouvé un chemin optimal entre les états de départ et d'objectif, tracez les résultats. Utilisez la fonction plannerLineSpec.path pour spécifier la couleur par défaut et les propriétés de ligne pour tracer le chemin.

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

Tracez les résultats obtenus à l'aide de l'échantillonneur d'état gaussien avec des valeurs de paramètres personnalisées.

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

Arguments d'entrée

sampler1 — Objet échantillonneur d'état

Objet stateSamplerGaussian

Objet échantillonneur d'état, spécifié comme objet stateSamplerGaussian .

Arguments de sortie

sampler2 — Copie de l'objet échantillonneur d'état

Objet stateSamplerGaussian

Copie de l'objet échantillonneur d'état, renvoyée sous la forme d'un objet stateSamplerGaussian .

Historique des versions

Introduit dans R2023b

Voir aussi

Objets

• stateSamplerGaussian | stateSamplerMPNET

Fonctions

• sample