Python 正确实施墙跟随转向行为 介绍

一段时间以来，我一直在尝试实施Craig Reynold所描述的“墙跟随”转向行为。这种行为基本上可以归结为网站上的描述：

为了实现墙跟踪，我们首先预测车辆的 根据当前速度在未来短时间内定位 （黑点）。此未来位置投影到上最近的点 “墙”（红点）。从该墙点沿墙向外移动 通过所需偏移距离的法线（红线）生成目标 点（红色圆圈）

链接页面上有一个Java小程序显示了上述内容，但对于那些（大多数人）在查看时遇到困难的人，请参见下面的.gif

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我已经非常接近了，但由于某些原因，我的版本仍然有点偏离。我的boid似乎无法选择下一个最近的墙像素，这会导致投影目标点的抖动移动。这个问题非常严重，以至于boid有时几乎可以赶上目标点，而不需要预测新的目标点。请参阅下面的.gif进行比较

要简要描述boid在我的实现中如何操作，请执行以下操作：

每一帧，boid都调用

followWall（）

在

followWall（）

中，如果boid的成员变量

hasHitWall

为False，它将检查boid前面的点是否落在墙像素上（boid在其中移动的环境是黑白像素的网格，其中黑=墙）

如果检测到墙像素，它会将

hasHitWall

设置为True，并收集所有连接的墙“边缘像素”，并将其存储在boid中名为

currentEdgePixels

的列表中

下一帧，如果

hasHitWall

为真，boid将通过迭代

currentEdgePixels

并找到距离其

位置最短的一个来找到最近的边缘像素。然后，它将拉动该墙像素的法线，并沿法线向量投影一个设定距离的点。这就成为了“指导点”

然后，boid将使用它的

seek（）

行为转向点（在Craig Reynold的描述中称为目标点）

只要

hasHitWall

保持为真，boid将继续在

currentEdgePixels

中找到最近的边缘像素并向其搜索

简要披露：我完全理解，将墙的所有边缘像素存储在boid对象中，并在每一帧中检查每一个像素都不够理想，而且效率低下。这是一个临时设计，以便于调试，一旦一切正常，我可能会重新设计

代码

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我的上述行为代码可以在下面找到。但是，首先对一些常见元素进行一些简要说明：

pixelGrid

：此参数是表示图像行的列表列表。表示行的列表中的每个元素都包含1或0，具体取决于该行/列位置的像素颜色是白色还是黑色

getNormalizedVectorFromOrigin（）

：此函数返回一个元组，表示[-1，1]范围内单位圆上的向量。如果将向量（或点）传递到未规范化向量超出[-1，1]范围的函数中，则在返回之前，生成的向量将减小到适合的范围内。例：（1.7675，-1.7675）的向量将变成（0.707，-0.707）

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跟随墙（）：

def followWall(self, pixelGrid, screenSize): 
        if (not self.hasHitWall):
            wallCollisionPixel = self.detectWall(pixelGrid, screenSize)
            if (wallCollisionPixel):
                self.hasHitWall = True
                self.currentEdgePixels = utils.findAllEdgePixels(wallCollisionPixel, pixelGrid, screenSize)
                
        elif (self.hasHitWall):
            wallPixel = self.findClosestEdgePixel(pixelGrid, screenSize)       
            wallPixelNormal = utils.getEdgePixelNormal(wallPixel, pixelGrid, screenSize)
            steeringPointDistance = 30
            steeringPoint = (int(round(wallPixel[0] + (wallPixelNormal[0] * steeringPointDistance), 0)), int(round(wallPixel[1] + (wallPixelNormal[1] * steeringPointDistance), 0)))
            self.seekPoint = steeringPoint
            self.seek(steeringPoint, 1)

    def findClosestEdgePixel(self, pixelGrid, screenSize):
        futureDistance = 20
        normalizedVelocity = utils.getNormalizedVectorFromOrigin(self.velocity.get())
        futurePosition = (int(round(self.position.x + (normalizedVelocity[0] * futureDistance), 0)), int(round(self.position.y + (normalizedVelocity[1] * futureDistance), 0)))
        
        closestEdgePixel = self.currentEdgePixels[0]
        for edgePixel in self.currentEdgePixels:
            if (utils.getDistance(futurePosition, edgePixel) < utils.getDistance(futurePosition, closestEdgePixel)):
                closestEdgePixel = edgePixel
        return closestEdgePixel

def getDistance(point1, point2):
    return math.sqrt(((point2[0] - point1[0]) ** 2) + ((point2[1] - point1[1]) ** 2))

findClosestEdgePixel（）：

def followWall(self, pixelGrid, screenSize): 
        if (not self.hasHitWall):
            wallCollisionPixel = self.detectWall(pixelGrid, screenSize)
            if (wallCollisionPixel):
                self.hasHitWall = True
                self.currentEdgePixels = utils.findAllEdgePixels(wallCollisionPixel, pixelGrid, screenSize)
                
        elif (self.hasHitWall):
            wallPixel = self.findClosestEdgePixel(pixelGrid, screenSize)       
            wallPixelNormal = utils.getEdgePixelNormal(wallPixel, pixelGrid, screenSize)
            steeringPointDistance = 30
            steeringPoint = (int(round(wallPixel[0] + (wallPixelNormal[0] * steeringPointDistance), 0)), int(round(wallPixel[1] + (wallPixelNormal[1] * steeringPointDistance), 0)))
            self.seekPoint = steeringPoint
            self.seek(steeringPoint, 1)

    def findClosestEdgePixel(self, pixelGrid, screenSize):
        futureDistance = 20
        normalizedVelocity = utils.getNormalizedVectorFromOrigin(self.velocity.get())
        futurePosition = (int(round(self.position.x + (normalizedVelocity[0] * futureDistance), 0)), int(round(self.position.y + (normalizedVelocity[1] * futureDistance), 0)))
        
        closestEdgePixel = self.currentEdgePixels[0]
        for edgePixel in self.currentEdgePixels:
            if (utils.getDistance(futurePosition, edgePixel) < utils.getDistance(futurePosition, closestEdgePixel)):
                closestEdgePixel = edgePixel
        return closestEdgePixel

def getDistance(point1, point2):
    return math.sqrt(((point2[0] - point1[0]) ** 2) + ((point2[1] - point1[1]) ** 2))

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结束 如果有人想知道如何让我的实现更好地工作，或者指出我的代码中可能导致问题的缺陷，我将不胜感激。如果您认为有更好的方法来实现这种特定的转向行为，我也非常乐意听到您的建议

请让我知道，如果我可以提供任何更多的信息或代码位。事先非常感谢