自动寻路论文（精选7篇）
自动寻路论文 篇1
现今随着手机3D游戏开发技术的日渐成熟, 游戏玩家对游戏品质的要求也越来越高。玩家对游戏品质的评价一般主要取决于游戏的操控性是否灵活、游戏的虚拟环境是否逼真以及游戏的运行是否流畅等方面。设计开发3D游戏, 怎样在各个性能指标间实现平衡, 则属于核心问题。
1 AI自动寻路功能概述
在游戏中, AI (即人工智能) 系统主要是用于实现游戏角色的某种智能行为, 使用户的游戏体验更加逼真, 增加游戏的趣味性[1]。例如在射击游戏中敌人的子弹可以自动追踪攻击玩家;在NPC游戏中敌人可以自动的避开障碍物寻找最短路径到达玩家所在目的地对玩家进行攻击, 这些智能行为的实现就是通过AI系统中的智能寻路功能来完成的。
在技术实现方面, 本文所研究的寻路算法设计主要是基于一种经过变异的贪心算法———A Star算法框架构建的[2]。通过对游戏场景中预先设置的路径节点进行分析计算找出最优路线, 实现游戏角色的智能寻路。
2 3D游戏中AI算法的设计原理
A Star算法简称A*算法, 其基本原理是通过创建的开放式列表与封闭式列表对游戏场景中的所有路径节点进行比对和筛选, 从而计算出最短的路径, 为了节省游戏在这方面的计算开销, 该算法采取的是模糊比对, 省略了贪心算法中的回溯计算部分。
2.1 A*算法的基本原理
如图1所示, 将游戏角色的起始位置设为开始节点, 要到达的目的地设为目标节点, 黑色区域是障碍物标志, 白色区域为可通行路径。
A*算法的基本设计原理如图2所示, 首先将所有需要检测的路径节点读入到开放式列表, 从起始节点开始中选取距离目的节点最近的节点依次与目标节点进行比对, 所得到路径即为最优路径。该算法通过一定的择优策略选择场景中节点进行比对, 例如将图1中的路径起始节点设为A, 目标节点设为B, 当前计算出的最优路径节点为C, 在仅考虑节点间的几何距离前提下其节点代价的计算可由公式 (1) 得出:
通过计算的各个节点代价, 选择代价最小的节点优先进行比对。最坏的情况是遍历了所有的节点才得到结果, 因此该算法的计算效率与游戏场景中的节点数量有直接关系, 如果游戏场景较为复杂, 包含有大量的路径节点信息, 会严重增加算法开销, 要解决这些问题就需要对A*算法做进一步的优化。
2.2 A Star寻路算法的优化
首先, 从节点列表的结构优化上着手, 改进A*算法的性能。主要是将所有节点按照计算出的节点代价由小到大进行排序并建立相应的结构列表, 根据节点的变化动态维护该数据结构, 从开放式列表中选择最优节点时可直接通过该数据列表读取到当前的最优节点, 该方法适用于复杂的游戏场景寻路, 以增加游戏占用的系统存储空间为代价减少寻路算法的系统开销。
其次是在动态场景中对寻路算法进行优化调整。当在游戏中有多个对象同时进行寻路移动时, 优化策略可分为以下几步来实现动态的路径调整:
1) 为每个对象建立一个碰撞列表用于记录该对象发生过碰撞的路径信息;
2) 根据各个对象之间的优先级进行排序, 当检测到碰撞后, 将选择优先级别最高的对象重新进行节点定位和路径选择, 同时停止其他对象的移动, 直到优先级最高的对象通过再继续原路径的移动;
3) 将上一步碰撞检测到的路径信息记录到碰撞列表中, 每次检测到碰撞后, 都先在碰撞列表中进行查询。如果路径信息是重复的则要更新路径选择策略, 如果路径信息无重复则要对碰撞列表进行更新。这主要是为了避免对象的路径重复, 反复与同一对象发生碰撞。
3 3D游戏开发中AI寻路算法的具体实现
本文采用了目前在移动平台上较为流行的一款游戏开发引擎———Unity3D来进行AI寻路算法的设计。
3.1 3D游戏开发软件———Unity3D游戏引擎中AI系统的设计框架
Unity3D游戏引擎本身就提供有AI寻路系统, 主要采用的是路径节点 (Way Point) 算法进行路径选择。Way Point算法是基于A*算法框架由Unity3D引擎自行开发的寻路策略, 其设计框架可以简述为:
首先通过调用Unity3D游戏引擎中的Navigation路径导航系统对场景中的地形进行分析计算, 建立节点信息列表;
其次进行寻路者的设置, 为寻路者添加AI寻路组件 (Nav Mesh Agent) 计算寻路者的节点位置、运动速度、旋转速度等信息;
初始化节点信息, 通过Way Point算法在游戏场景中标记出所有的路径节点, 并在各个节点间建立连接路径, 在确定了的起始节点与目的节点之间每次任取两个分别与起始节点和目的节点临近的节点计算路径代价, 并优先选择其中代价最小者来获取最短路径;
编写寻路控制脚本用于实现寻路者的动态寻路控制, 当目的节点发生改变, 通过寻路脚本控制可动态更新追踪目的节点并进行路径的调整控制。
3.2 三维游戏场景中AI寻路功能的实现与控制
Unity3D游戏引擎主要支持C#、Java及boo三种脚本的编程开发, 这里对自动寻路的控制实现编程采用的是C#脚本, 其核心代码示例如下:
4 结论
本文针对目前3D游戏开发中的研究热点———AI寻路功能的优化进行了一些研究和尝试。通过对A Star寻路算法的应用分析, 再进一步优化了算法, 并通过Unity3D平台进行了实现。但为了兼顾游戏的运行效率, 算法设计中未能提高现有寻路机制的精确性, 在一些特殊情况下会影响到用户的游戏体验, 在这一方面还有待进行更加深入的研究。
参考文献
[1]梁毅, 周刚.基于定位点和路径复用的大型多人在线游戏寻路算法[D].成都:四川大学, 2013.
[2]杨科选.人工智能寻路算法及其在游戏中的应用研究[D].长沙:中南大学, 2013.
寻路2016探秘客车空调 篇2
由于近年来发展迅猛的公路已成网络化, 加上日益增长的客流量, 促使国内客车销售呈直线上升, 空调客车的增长率远超过客车销售的增长率。这不仅仅因为中国的客车市场需求旺盛, 且客车数量呈明显增长的趋势外, 国家对基础交通建设的投入增加也给客车空调行业带来了新的刺激。
据中国汽车工业协会统计分析, 2014年, 客车销量继上年后再次超过50万辆, 达到57.11万辆, 同比增长8.99%, 增幅较2013年略有减缓, 产销率为100.05%。因此, 未来客车空调将会有很大的增长空间。
为此, 本刊通过对客车空调市场进行调查, 了解其现有的市场和品牌格局, 从而把握其整体市场发展脉络和市场格局, 为厂家在未来的企业发展和产品规划提供一份详实的解读报告。
第一部分 市场篇
一、发展历史
客车空调生产技术引入中国大约有10多年的历史。1995年以前, 我国的客车空调发展十分缓慢, 生产客车空调的厂家只有几家, 主要原因是交通运输不发达, 国内客车空调技术不成熟且装车率低, 当时车用安装空调的主要对象还仅仅局限于轿车和商用车当中。1995年后, 随着国内交通条件的日益改善, 人民生活水平有了显著提高。普通百姓对坐车舒适性的要求有了新的提高, 因此国内客车空调市场进人了初步发展期。至1999年底, 国内客车空调制造商大大小小已有20多家, 且国外客车空调品牌供应商也有10多家。自此, 客车空调在国内得到了初步发展。据初步统计, 在2000年客车空调销售约3万台, 中型客车空调销售约6万台。其中, 国外品牌 (含合资企业) 占有30%的市场份额, 国内品牌占有60%的市场。
虽然当时国内客车空调制造商厂家已经明显增多, 但是厂家整体普遍规模较少, 还没有形成专业规模生产气候及其核心技术。产品技术含量也都较低, 客车空调中的关键元部件依然需要依赖进口。然而随着国内品牌的产品技术日趋成熟以及中国加入WTO以后, 国内在近几年产生了一批有一定技术力量的客车空调制造商, 并且国内品牌占据了绝大部分客车空调市场。国内客车空调到2000年已初步进入了快速发展期。
二、市场现状
国内客车空调已发展多年, 但整体设计和制造水平依然低于国外。我国客车空调行业起步较晚, 客车空调还主要依赖全散件组装。随着近年来客车工业迅速发展, 客车空调市场需求也日趋增长。
我国的客车空调的发展方向大致是向着保护环境、提高效率、节能节材、减轻重量、压缩体积、降低振动与噪声、操作维修简便、安全可靠等几个方向展开。同时, 客车空调的发展总是与汽车工业的发展是同步进行的。预计未来新型空调系统的开发, 就必须适应发动机效率的提高, 电气化、混合驱动及其他新型零部件使用能导致空调系统特性的新变化。
尽管中国客车空调市场潜力巨大, 但严峻的国际市场竞争, 使得国内客车空调产业依然面临巨大的挑战。在产品方面, 货车及一些专用车的空调生产较少, 还不能有效满足市场需求;在技术方面, 低碳、节能、环保的发展大趋势也给行业提出了新的挑战。
三、市场空间
据《中央空调市场》调查统计, 2014年我国客车空调市场容量达到了11.38万套, 同比2013年增长7.9%。根据当前的市场发展状况预测2015年我国客车空调的需求量将突破12.19万套, 市场增长率将继续保持7%以上。
尽管从增长率上看, 从2013年开始, 客车空调市场的增长率有小幅下滑, 但是整体市场走势平稳。对于客车空调市场增幅下降的因素与当前客车的供需有很大的关系。不过这并不意味着客车空调未来市场容量将会持续走低。反而是随着客车市场的发展, 客车空调势依然会有一个较好的增长空间。其一, 随着大气环境的持续恶化, 发展新能源客车是必然选择。而新能源客车在空调的选择上比例较大, 对新能源客车的大力投入上将会带动客车空调的销量的增加。第二, 高铁对公路客运形成的冲击已经成为不争的事实。不过, 现如今高铁只是在一些区域建设得比较完善, 像西南、西北等地区的高铁建设则相对滞后, 这些地区对高速公路的投资力度相对比较大, 而高速公路的发展必然带动客运的发展。这必然会对客车有一定的需求, 这也带动了这些区域的客车对客车空调的需求量。
从区域上看, 目前客车空调销量主要集中在华东地区, 西北地区则相对滞后。但是因华东有较大的市场基数以及城市轨道交通以及铁路带来的市场冲击明显, 从而使得华东地区的市场增长率明显下降。与之成鲜明对比的西南和西北地区的客车空调销量实现了较大突破。另外, 东北和华北市场增长明显, 中南市场则较为平稳。
第二部分厂家篇
一、品牌格局
近年来, 随着我国客车制造水平的整体提升以及人们对舒适性要求的提高, 客车空调市场发展迅速。从目前中国客车空调业发展情况来看, 国外品牌的客车空调原有的市场已经基本被国内品牌所取代, 而且国内品牌在占有了原有市场的基础上又迅速占据了新增市场。主要原因是国内客车空调品牌在过去的5~10年中迅速成长, 以技术、服务、价格三方面优势立体抓发展, 通过代理、标准配套、突出区域优势并独立开拓国内与海外的多元化销售模式, 基本颠覆了国外客车空调在我国的市场。
在遵循市场经济发展规律、行业自我整合, 以及激烈的市场竞争下, 国内的客车空调企业迅速减少, 其中具有发展潜力和市场竞争力的企业大概有10家左右, 主要包括松芝、凯希、科泰、广州精益、广东劲达、苏州新同创、扬州杰信、河南豫新、科林等。
从国内客车空调的品牌格局看, 目前国内客车空调制造商、供应商按其制造经营方式可分为三大类:
第一类为国外品牌代理商。他们一般为国内小公司, 以贸易为主, 人员少, 没有技术优势, 缺乏专业人员, 产品价位较高。主要问题是对其配套商技术支持跟不上。集中反应为现场技术服务及售后服务跟不上, 给用户带来很多不便。这类公司目前国内份额较少 (10%左右) , 没有太大市场竞争力。
第二类为外商独资合资企业。主要有美国大冷王、美国运输开利、日本电装及富士、韩国万都、丰新、斗源等, 他们具有国外进口及国内加工组装能力、技术力量较强, 产品质量及技术含量有很大优势。但由于其生产经营方式决定, 其管理费及产品成本很高, 目前的产品价位跟国内市场还有较大差距, 装车范围主要是高档旅游客车, 市场份额大概在25%~35%。但这类企业有很强市场开拓潜力, 主要因为有资金和技术优势, 很多零部件可以国产化, 为其降低制造成本打下了基础。
第三类为国内制造供应商。它是目前客车空调主要制造供应商, 市场分额大概在63%, 主要生产企业有:松芝、科林、劲达、豫新等, 这些企业一般为股分制合资合作企业。总体看来, 国内企业有它自己的很多优势, 如生产管理成本低, 经营灵活, 售后服务到位等。但在目前这些生产企业还存在很多问题。
二、经营模式
客车空调属于客车零部件行业, 而客车零部件行业的销售模式主要有两种, 一种是标配模式, 另一种是终端模式。
所谓“标配模式”是指客车零部件生产企业直接向客车整车厂商销售产品, 通常会形成稳定批量销售供货的模式。采用“标配模式”供货一般具有以下特点:第一是产品特点, 批量较大、标准件;第二是售后服务, 由于产品直接销售给客车整车厂商, 因此面对最终用户的售后服务基本由客车整车厂商承担, 零部件厂商直接承担较少。“标配模式”下, 客车整车厂商对单个批次的零部件产品需求量较大、产品型号相对稳定, 其选择供应商时比较关注价格, “标配模式”下销售收入较为稳定, 行业客户主要为客车生产企业。但大中型客车零部件配套“标配”产品仍有其特殊性, 我国客车行业的显著特点是个性化定制生产, 即使是“标配”的产品, 尤其是汽车电子控制产品, 经常需要根据整车厂为客户个性化特殊设计的要求而调整、更改产品部分功能。
所谓“终端模式”是指车辆的最终用户向整车厂采购车辆时对车辆配置、技术要求等提出明确指定, 零部件生产企业将产品销售给最终客户或整车厂的模式。通常由最终用户采取招标方式确定零部件厂家, 整车厂商根据最终用户的指定, 定向采购零部件配套产品装配生产交付用户。产品销售具体操作方式包括两种:一种由最终客户与零部件企业签订合同, 并向其支付货款, 该方式很少;另一种是整车厂商与零部件企业签订合同或下达订单, 由整车厂商将货款支付给零部件企业, 该方式较为普遍。
采用“终端模式”供货一般具有以下特点:第一是产品特点, 非标准件、批量小、型号多、单价高;第二是技术特点, 个性化设计、功能设计更改频繁、产品技术要求高;第三是售后服务, 如最终用户与零部件企业直接签定购销合同并向其支付货款, 则零部件企业单独对最终用户承担售后服务;如最终用户向整车厂商指定其购买的零部件产品, 由整车厂商与供应商签订购销合同, 并支付零部件价款, 则售后服务同“标配模式”, 即基本由客车整车厂商承担。“终端模式”下, 最终用户使用客车一般为商业营运目的, 更为关注汽车零部件的品牌、性能、质量、售后服务的个性化、及时性、便捷性和完善性。最终用户一般规模较大、经济实力较强, 但相对分散, 多以招标或审核认证等方式确定供货关系, 零部件产品单价较高、销售毛利率较高, 行业客户主要为国内各地公交公司、客运运输公司。
具体到客车空调行业, 客车空调产品具有单价较高、非标准化、批量小且个性化售后服务要求较高的特点, 因此技术优势、售后服务优势、市场营销能力突出的客车空调生产厂家可以采用标配模式的同时采用终端模式。
在季节性方面, 客车空调行业的季节性与客车行业基本一致, 3、4、9、12月为销售旺季, 2、5、10月份为销售淡季, 下半年销量比上半年略高。
三、产品价格
客车空调产品的价格因素根据品牌的定位和服务标准不同价格也有所差别。市场上的一些外资品牌主要定位高端市场。一些国内的客车空调生产厂家在规模上不具备优势, 主要集中于低端客户群, 价格也相对较低。
四、客户群体
客车空调的生产厂家所面向的客户群体主要集中在市场上的一些大的客车生产厂家。全国目前大大小小客车制造商有100多家, 每年生产不同档次不同车型的各类客车约60多万辆, 空调装车率在50%。其中73%以上为国内十家大客车制造商生产, 且大客车制造商生产的车的档次高, 其空调装车率平均在70%左右, 有的已达到了l00%以上。
第三部分未来市场
一、前景预测
与国家政策和社会发展趋势一致的是, 随着经济的发展, 未来客车空调的市场规模将会上升一个较大的台阶。主要表现在以下几个方面:
(一) 城市公交车带动市场增幅
近年来, 我国城镇化进程以每年约1个百分点的速度增长, 每年有1 300多万人口从农村转入城市。“十二五”期间, 我国城市公共交通运力总量将继续保持快速增长态势, 尤其是轨道交通运量将大幅增长。预计到2015年, 预计城市公共交通总量将达1 000多亿人次, 年均增长6%左右。公交客车的市场需求仍然在强势增长是母庸置疑的。从公交客车的需求规律来看, 促进公交客车需求增长的因素主要有三个方面:一是大城市公交客车的产品结构调整, 主要体现在新能源客车和燃气客车的的比重越来越高;二是受交通形势的影响, 二、三线城市的公共交通正在逐步受到重视, 发展前景广阔;三是政策影响下乡镇公交的发展趋势向好。在城市公交系统中, 空调的装车率相对较高, 从而对客车空调未来的发展起到明显的带动作用。
(二) 新能源客车打开新的增长空间
近两年来, 全国有25个省份、100多个大中型城市受到雾霾天气影响, 全国平均雾霾天数达29.9天, 创52年来之最。不可否认, 机动车排放污染是导致雾霾天气的的因素之一, 在节能环保的主题下, 新能源汽车备受关注。2009年, 在“开展节能与新能源汽车示范推广试点工作”、“十城千辆”工程、《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》等政策的刺激下, 新能源汽车开始量上的突破。新能源汽车由于其在使用的环节中基本没有污染, 成为解决汽车排放污染问题的最佳方案, 尤其是在持续遭受雾霾天气的压力下, 新能源汽车的重要性日益凸显, 其也被看做是汽车行业发展趋势和方向。
2012年, 《节能与新能源汽车产业发展规划 (2012—2020年) 》出台, 规划提出新能源汽车推广中长期目标:到2015年, 纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆;到2020年, 纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆, 燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。2013年11月, 财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委组织专家对各地申报的新能源汽车推广应用方案进行了审核评估, 确认北京、天津、上海、广州等28个城市或区域为第一批新能源汽车推广应用城市;2014年2月, 第二批新能源汽车推广应用城市名单出炉, 沈阳、长春等12个城市或区域获支持开展新能源汽车推广应用工作。从这两批推广计划来看, 40个试点城市或区域到2015年推广目标之和达到近20万辆。
二、发展方向
从客车空调竞争市场来看, 随着大中型客车市场竞争的加剧, 客车厂家成本压力越来越大, 产品更新换代越来越快, 大中型客车空调市场竞争的市场化程度也越来越高。大中型客车空调企业的发展趋势是专业化和规模化, 独立的大中型客车空调生产企业凭借其技术优势及规模优势更容易实现专业化及规模化, 更容易从竞争中胜出。
国内客车空调的发展方向, 就目前国内企业来说, 总体是以国外品牌为基础, 在引进产品、技术的基础上加以消化吸收, 从而开发自己的产品。在经过市场检验和不断的技术积累中, 形成自己的产品特色。今后的客车客车车型多为8~11 m的中高档旅游客车和城市公交, 并且90%以上都配有空调系统, 多以顶置非独立为主。对客车空调系统的发展方向作初步分析:客车制造商今后将主要生产8 m以上的车型, 8 m以下的车型将逐步淘汰, 并将被微型车取代;客车的发展方向将进一步提高档次, 主要为中高档旅游客车和城市公交, 并都将带有空调系统;车的生产量近几年将会逐年增加, 2015年1月—10月, 全国各种客车的销售量将达48.93万辆, 环保性客车是今后客车发展的主题, 城市公交发展方向主要为电车和燃气车, 空调的配置主要以顶置非独立为主, 环保型制冷剂 (R134A、R407) 2001年全面起用;空调系统的发展已全面走向环保型、超薄型、模块化、中高档化, 大量新技术、新材料、新工艺应用到空调系统中, 产品档次进一步提高, 给人耳目一新的感觉;重点突出产品品牌, 注重产品外形结构及内部工艺布局, 两器工艺十分讲究, 运用了新工艺新结构, 所有元器件选型加工精致, 产品更新换代快。
在客车空调的发展领域上, 轨道车空调机组主要用于轨道车辆, 其市场需求取决于轨道车辆的产量。这对于客车空调的发展的确带来了利好。据了解, 目前轨道车辆分为两大类, 一类是铁路运输中的机车、客车和动车组, 另一类是城市地铁轻轨车辆, 我国轨道车辆的产量与我国铁路网的建设以及城市地铁轻轨的发展息息相关。我国的城市公共交通主要包括城市道路交通和城市轨道交通。据不完全统计, 目前全国公共交通在城市出行中的比例达到56%, 与发达国家城市相比相去甚远, 市场空间广阔。而城市公共交通系统内部, 城市轨道交通的营运长度远低于公共汽车、电车的运营路网长度。我国将迎来城市轨道交通建设热潮。届时对轨道车空调的需求也将增大, 这将成为客车空调行业的又一发展方向。
建筑综合体的寻路改造建议 篇3
建筑综合体是多种建筑功能的系统化组合,可产生“整体大于部分之和”的集聚效应。其系统内部整体与部分、功能与目标、系统与外部环境各对矛盾相互作用,促使系统向整体最优化的方向发展,从而使建筑空间更为经济和有生命力。
建筑综合体在获得以上优势的同时,其空间也出现了诸多问题,如:1)空间相对封闭,缺乏自然光;2)方向感差,与外界连接点有限;3)建筑综合体的地下部分可能会引起人们潜意识中的负面联想,以及对置身于有限、狭窄或封闭空间中的恐惧心理;4)在突发灾害时建筑综合体相对于普通建筑单体有更大危险性,疏散时更易迷路,建筑的安全疏散问题更为严峻[3]。
可见,建筑综合体为城市发展带来诸多益处的同时,由于其本身功能和空间组合的复杂性,也显示出一定的负面效应。而在设计方面,目前国内关于复杂环境中人们的空间认知和行为规律的研究还很不充分,设计师也往往在创造良好空间形态的同时忽略使用者对寻路效率的需要。因此作者希望通过对一个已建成的建筑综合体实例进行寻路现状调查,希望提出具体改进意见,并最终为提高建筑综合体寻路效率总结出设计及维护原则。
2 上海五角场万达广场寻路设计改造建议
2.1 项目介绍
上海五角场万达广场(以下简称万达广场)坐落于上海市五角场市级副中心商业区。五角场作为上海市城市副中心而兼有市级商业中心的地位(在上海仅有徐家汇和五角场两处),地段十分稀缺。上海万达广场雄踞五角场环岛中心的黄金核心地段,轨道交通10号线出口与万达广场地下一层“万达城中城”零距离对接。
整个万达广场按照功能分为三个部分。办公部按层数分为22层,23层,25层的三幢甲级写字楼,总建筑面积为81 700多平方米。商业地上部分为五幢商业裙楼:巴黎春天、HOLA家居广场、沃尔玛超市、第一食品楼以及万达影城楼(见图1)。商业地下部分通过连接五角场城市中心地标“彩蛋”与10号线入口展开,“万达城中城”88家品牌商户作为地上业态的有效补充,地上地下共有商业面积25.3万m2。地下二层是800个车位容量的大型停车场。
2.2 项目寻路现状及改进建议
2.2.1 万达广场寻路现状总结
1)万达广场地上部分:万达广场属于多体块大型建筑综合体,在这类建筑中,应尽量使空间布局具有清晰的逻辑原则,分级分区的原则非常重要——即将建筑的各个功能归类在自身所属的明确功能区域里。高层办公部分功能单一,分区明确;多层商业区(地面部分)先以建筑单体为单位进行总的分区,多数商业功能于单体内再进行次一级楼层分区。万达集团商业部分的开发以经营主力店为主,这一开发思路决定其地上部分商业分区较为明确。另外,地面广场的视线可达性良好,使用者在中心广场上能够较为方便的进行自身定位,便于对目的地所在位置进行判断。以上各点均有利于万达广场地面部分的寻路。2)万达广场地下一层部分:商业沿通道排布,主副通道尺度区别不显著,各通道室内装修材料、手法、色彩无明显区别(见图2),通道位置缺乏与地上商场的拓扑对位关系,导致使用者在地下行进时缺乏对自身所处位置的认知;又加之交通节点有多个45°转角,导致使用者更易失去方向判断。以上多个原因导致使用者不易直接快速的找到目的地。3)万达广场地下二层部分:为地下车库,主要通过标识进行区域划分,这也是地下车库最常用的导路方式,使用状况良好。综上所述,万达广场地下一层部分是空间认知状况最不利的区域,下文将提出改进意见。
2.2.2 万达广场寻路设计改进意见
万达广场作为已建成的建筑综合体,针对其寻路问题提出可行性改善方案时,建筑空间基本不能改变,但可通过提供更多的附加信息,客观上起到提高空间认知水平的作用,从而在实际使用的过程中减少迷路现象的发生。
1)增加空间差异性。万达广场地下商业部分缺乏区域特征,对其寻路设计的改造原则主要是增加空间差异性,从而明确地下空间所属区域。实现途径可以通过后期室内设计手段如添加“空间主题色”、标志物、标识等手段,使地下空间与地面空间形成明确对位关系,这样可以减少空间的复杂程度,大大减少使用者寻路所要处理的空间信息。可在标识设计、商场外立面及地下一层交通空间的装修中多次重复“空间主题色”,以使“一种色彩对应一个主力店建筑单体”的设计理念深入人心,从而达到用色彩提示空间区域的效果(这种方法,类似于上海地铁线路编号与色彩的关系)。“填色”手法应既不着痕迹,又无处不在,使得美观与功能并重——比如利用铺装大理石的色彩,墙壁的装饰色带,吊顶的灯带等,目标是使使用者看到身边的色彩,便能明白自己身处哪栋主力店建筑单体的地下范围内。而地面广场、通道等公共室外部分对应的地下空间可全部使用浅色背景进行地面装饰。2)加强视线可达性。万达广场地下一层与地面有一定的视线可达性,已经设计了几个采光中庭及具有增加视线可达性作用的自动扶梯。尺度合适,设计感强的采光中庭、自动扶梯本身就是很好的地标,这些地标结合下文所说的“you are here”地图也能更方便的帮助使用者判断自己所处的位置。对于这些采光中庭和扶梯,作者有两个建议:a.中庭用以覆盖空间的玻璃尽量采用、至少部分采用透明玻璃,这样地下的使用者能够获得更多的地面信息,用以协助定位和确定方向;b.尽可能强化主次通道上采光中庭的设置数量和设置尺度,原因亦为增加空间差异性。3)优化竖向交通布置。优先考虑在决策点布置竖向交通,起到快速引导人流的作用。在万达广场中正常状态下(相对于灾难状态)使用者主要通过电梯和自动扶梯解决竖向交通。万达广场现有电梯标识主要采用编码的方式,但是其编码的原则却令人费解,导致使用中标识对信息的传达作用不强。作者建议对电梯和扶梯的标识设计也应纳入“空间主题色”原则——使用者只要看到电梯或扶梯前方的标识色彩,就能明白该电梯或扶梯对应地上哪栋建筑、哪片区域。4)使用对比明显的尺度来营造交通空间的公共性程度。不同等级的交通空间应该对应不同的等级尺度。万达广场地下空间尺度对比不明显,使用者很难区分主次道路,这不仅加大了使用者对自身所处位置判断的难度,而且当使用者发现自己迷路时想回到主通道内再次出发寻路时也存在困难。这应该是该建筑设计在寻路问题上的最大败笔——空间本身(建筑设计)先天不足,只能通过后天(室内设计)进行改进。5)标识与地图。标识与地图要注意三个原则:a.信息正确,保证信息随着时间变化及时更换;b.经过概括化处理,保证使用者能够看懂,且尽量更快捷的看懂;c.放置在视线可达性好的位置。万达广场的标识与地图设计基本符合前两条原则,不过地图的放置位置比较偏僻,建议改放在建筑入口或门厅,必要时还需设置专门的问讯处。
3 建筑综合体寻路设计原则总结
经过对万达广场这一实例进行调查和分析,并结合已有研究资料[4],最终总结出以下三点设计原则:1)简化空间复杂程度(总体空间设计阶段)。2)提供足够的空间信息(空间设计细节及室内设计阶段)。3)保证信息交流的效率和效果(标识设计及后期维护)。重视寻路问题的重要性,在设计的各个阶段融入寻路设计的理念,并在后期及时更新维护,是提高寻路效率的前提和保障。
摘要：以上海五角场万达广场作为代表性建筑,深入调查寻路问题使用状况,从一手资料中发现问题并提出可行性解决方案,并将之总结成为简单易懂且操作性强的设计原则和手法。
关键词：建筑综合体,寻路,空间差异性,视线可达性
参考文献
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A*算法在游戏寻路中的应用 篇4
1 广度优先搜索算法在游戏中的应用
“连连看”游戏规则是:在有限的时间内,将图案相同的两张牌用三根以内的直线连在一起就可以消除,只要把所有的图案全部消完即可获得胜利[1]。
采用广度优先搜索,将目标函数修改为从一个点到另一个点的转弯次数,首先把图形Start (x1,y1)压入队列。然后扩展图形Start(x1,y1)可以直线到达的节点,用集合S0=Find(x1,y1)表示这些节点都可通过转弯数为0的路径到达,如果图形Target(x2,y2)包含在集合S0中,结束搜索。
否则,继续扩展集合S0中空格可以直线到达的节点,用集合S1={Find(p)|p∈S0}表示,令S1’=S1-S0(S1包含了S0),表示S1’中的节点和图形Start(x1,y1)之间可以通过转弯数目为1的路径连起来。如果图形B(x2,y2)在S1’中,则图形S,T之间可以用转弯数目为1的路径连接,结束搜索。
否则,继续展开S1’集合中的空格可以直线到达的节点,用集合S2=Find{Find(p)|p∈S1’}表示,令S2’=S2-S0-S1=S2-S0-S1’(S2包含了S0和S1),集合S2’是图形A(x1,y1)可以通过转弯数目为2的路径到达的格子。如果图形T(x2,y2)在集合S2’中,则图形A,B之间可以用转弯数目为2的路径连接,否则图形A,B之间不能通过转弯小于3的路径连接。
2 A*算法的估价函数设计
A*算法具备很多优点。首先,如果起点和终点之间存在有效路径,A*就一定能够找到;其次,只要H(n)是可纳的,它就一定能找到一条最短路径;第三,A*算法是启发式搜索算法中搜索状态最少的一种算法,它使启发式函数得到了最有效的应用[2]。
启发式搜索的核心是估价函数F(n),“连连看”中连线不能从尚未消去的图案上经过,节点只能在四个方向移动,两个相同图案之间的连线不能超过两个弯。
因此估价函数中,需要考虑当前格Current到目标格Target的移动耗费,当前格Current与开始格Start的转弯数,用估价函数表示为[3]:
F(n)=G(n)+H(n)+C(n) .
在“连连看”游戏中,格子S的移动方向分水平上、水平下、竖直上、竖直下四个方向,每个格子对应着有图案、无图案两种状态。
设计二维数组map[Rows][Cols]表示对应的方格是否有图状态,当数组元素值取1表示该位置有图,取0表示无图。
估价函数F(n)的取值设定:
G(n):移动的距离。结合游戏的要求,这里设定沿着四个方向移动,移动位置上有图则距离值为无穷大,这样的格子不考虑扩展,如果无图距离值为1,如图1所示。
H(n):指定格子到目标格横向走的步数与纵向走的步数和;例如T(Tx,Ty)是终点,C(Cx,Cy)是当前点,则:h(n)=|Tx-Cx|+|Ty-Cy|。
C(n):起点Start到指定格子的转弯数,直线连接C取值为0,转一次弯,C值为1;转两次弯,C值为2;转弯数为3,估价函数无穷大。
例如:开始点S与终点T在一条横线上,周围的格子状态如图1所示;计算S点的四方向节点的F(n),上方和左方的节点估价函数无穷大,右方节点的f(n)=1+3+0,下方节点的f(n)=1+5+0;计算过程如图2-图4所示。
展开右方F值=4的点,计算其右节点估价函数f=4+(1+2+0)=7,如图5所示。
展开F值=7的节点,计算出其右节点估价函数f=7+(1+1+0)=9,如图6所示。
展开F=9的节点,终点就在它的展开节点中了,完成了最短路径工作。
3 A*算法的应用设计
A*算法是一种典型的启发式搜索算法,它除了利用上述的启发函数来对搜索过程中的每一个节点进行评估,另外它还必须有两个表:Open表和Close表[4]。
Open表由未考察的结点组成,保存了打开节点的F值;每次从Open表中取F值最小的节点展开后续节点。
Close表由已考察的结点组成,将已展开的节点加入其中(不包括终点)。
结合“连连看”的要求,A*算法实现的过程可以用伪代码描述,假设起始节点为Start,目标节点为Target,其中Current是每次被考察的节点,临时节点Temp代表Current的四方向上的有效子结点,所谓有效子结点就是指在“连连看”中没有图案的格子。当Current等于Target时搜索成功。
A*算法作为“连连看”中的寻路算法,用伪代码表示如下:
4 A*算法在“连连看”中的应用
4.1 数字化运动方向
A*算法的数据结构设置,程序设计有其一定的模式,这里针对“连连看”,给出A*算法的实现代码。
“连连看”中节点的运动方向是4个,可以设置一个常量数组,把每个方向的移动坐标变动量存入数组,定义类的方法,传入参数:起始点坐标和目标点坐标:
int Move[4][2]={{-1,0},{0,1},{1,0},{0,-1}}//数字化运动方向
展开节点前,有些数据需要初始化,如:
Int OpenListCount=1; //定义变量记录OpenList中的展开节点数
Int NewOpenNodeID=1; //定义变量记录节点的ID号,初值为1
ifOpenStadus=1; //变量为1表示节点打开状态
4.2 计算转弯
“连连看”中计算节点的转弯数很关键,因此定义类方法GetCrossing,传递节点的ID号,返回起点到节点的转弯数。
4.3 寻路设计
展开节点后,定义类方法FindPath传递相关参数计算节点坐标,记录节点ID号,增加节点到OpenList,计算G、H、E、F值,然后把展开的节点加入到whichNode中。
5 算法分析
假设游戏地图n行m列,设N=m*n,由于每个节点做为扩展节点进入Open表最多一次,因此Open表中最多处理N个展开节点。扩展每个节点需要O(1)的时间,因此算法最多耗时O(N)。构造相应的最短路径需要O(L)的时间,L是最短路径的长度。当节点数为N时,广度优先搜索算法的复杂度为O(N*N),A*算法的复杂度为O(N+L),计算量不会随着节点的展开迅速增加,只要起点和终点之间存在有效路径,A*算法就能够快速找到。
6 总结
本文将A*算法应用在“连连看”游戏寻路搜索上,给出了改进的估价函数、算法运行流程,能够用O(N+L)的时间完成最短路径搜索,很好地适应游戏的要求。A*算法结合了启发式方法和形式化方法,为许多即时战略游戏所用到,可以修改方向参数,对于游戏中八方向移动搜索路径也具有一定的实际应用价值。
摘要：寻路问题是游戏设计解决的基本问题,通常采用广度优先搜索算法完成。针对“连连看“游戏的路径搜索特点,详细地分析了A*算法在其中的应用,确认最初估价函数的构成,结合实际应用情况,给出了A*算法的改进及实现。
关键词：广度优先搜索,A*算法,估价函数
参考文献
[1]胡正红.一种寻路算法在游戏中的应用[J].山西电子技术,2009(6):53-54.
[2]陈和平,张前哨.A算法在游戏地图寻径中的应用与实现[J].计算机应用与软件,2005(12):118-120.
[3]Hu zhenhong,Jinli.Application and Implementation of A*Algorithm in Picture Matching Path-finding[G].In:2010 International Conference on Computer Applicationand System Modeling(ICCASM 2010),Taiyuan,China,2010:224-227.
自动寻路论文 篇5
1 基本思想
根据楼层地形的不同, 组织路网点, 并在路网数据文件中记录路网点的位置坐标信息以及连通信息。 搜索路径时最多只有两个辅路网点参与, 大大减少了搜索路网点的数量。
2 路网构建与寻路方法
前面介绍了同层寻路的基本思想, 下面将介绍室内同层寻路的路网构建方法与寻路方法。
2.1 室内同层寻路的路网构建
(1) 构建主路网点数据列表, 主路网点数据列表每行表示一个主路网点, 以 “v” 开头, 后面跟着点的地平面X、 Z坐标, 以 “M” 结束, 表示为主路网点。
(2) 构建辅路网点数据列表, 辅路网点数据列表每行表示一个辅路网点, 以 “v” 开头, 后面跟着点的地平面X、 Z坐标, 以 “F” 结束, 表示为辅路网点。
(3) 构建连通性信息列表, 连通性信息列表每行表示一条连通性信息, 以 “p” 开头, 后面跟着词条连通性信息相关的两个路网点标号, 中间用 “—” 相连, 每行最后的数值为此条信息相关的两个路网点之间的距离权值。
2.2 室内同层寻路
(1) 将指定楼层的主路网点都放到一个集合A中。
(2) 首先根据起点终点的坐标确定与起点、 终点距离最近的路网点, 找到的路网点既可能是主路网点也可能是辅路网点。
(3) 若起点路网点是主路网点则跳过此步骤, 若起点是辅路网点则将辅路网点添加到集合A中。
(4) 若终点路网点是主路网点则跳过此步骤, 若终点是辅路网点则将辅路网点添加到集合A中。
(5) 在集合A所表述的含有所有本楼层主路网点和仅含有相关辅路网点的路网中搜索从起点路网点到终点路网点的路径。
(6) 在路径的开始增加从起点到起点路网点的直通路径。
(7) 在路径的最后增加从终点路网点到终点的直通路径。
(8) 将f, e, g合成为最终路径。
所述路网点包括主路网点和辅路网点; 主路网点连通至少两个其他路网点, 辅路网点仅仅连通一个其他路网点。 路网为两个路网点的路径, 记录着两个路网点标号和路网点之间的距离权值。
所述搜索依据路网点之间的距离权值取最小值, 大量辅路网点中每次最多有两个辅路网点参与路网搜索。
3 具体实施方式
下面结合附图和实施案例做进一步说明。 楼层地图和最终路径图如图1, 图2 所示。
层内数据文件组织以行为单位进行存储, 一个示例如下:
上述文件第一部分为主路网点列表, 每行表示一个主路网点, 以 “v” 开头, 后面跟着点的XZ坐标, 最后的 “M” 表示为主路网点; 第二部分为辅路网点列表, 每行表示一个辅路网点, 以 “v” 开头, 后面跟着点的XZ坐标, 最后的 “F”表示为辅路网点; 第三部分为联通性信息列表, 每行表示一条联通性信息, 以 “p” 开头, 后面跟着此条联通性信息相关的两个路网点编号, 中间用 “-” 相连, 每行最后的数值为此条信息相关的两个路网点之间的距离权值。
从图1 可以看出此次路网搜索的起点和终点都位于同一个楼层, 则执行层内搜索。 执行层内搜索时步骤如下:
(1) 将指定楼层的主路网点 ( 图1 中小矩形节点) 都放到一个集合A中。
(2) 首先根据图2 中起点终点的坐标确定与起点、 终点距离最近的路网点, 本次搜索找到的与起点终点最近的路网点都是辅路网点。
(3) 本次搜索起点路网点是辅路网点, 将其添加到集合A中。
(4) 本次搜索终点路网点是辅路网点, 将其添加到集合A中。
(5) 在集合A所表述的含有所有本楼层主路网点和仅含有相关辅路网点的路网中搜索从起点路网点到终点路网点的路径, 搜索结果为路径1。
(6) 在路径的开始增加从起点到起点路网点的直通路径3。
(7) 在路径的最后增加从终点路网点到终点的直通路径2。
(8) 将路径3, 路径1, 路径2合成为最终路径, 如图2粗线标注。
4 结语
将路网中仅仅连通一个其他路网点的路网点标识为辅路网点, 大量辅路网点中每次最多有两个辅路网点参与路网搜索, 求解的搜索空间大大缩小, 因此比传统的所有路网点都参与搜索的方法效率有很大提高。
摘要：介绍了一种室内同层寻路的路网构建和寻路方法, 尤其是一种应用在移动终端的室内同层寻路的路网构建和寻路方法。该方法缩减了层内每次搜索中的无关路网点数量, 大大提高了层内搜索的效率。
关键词：室内同层寻路,路网构建
参考文献
[1]【美】Thomas H.Cormen, 【美】Charles E.Leiserson.算法导论.北京:机械工业出版社, 2014.
[2]【美】Ronald L.Graham, 【美】Oren Patashik.具体数学.北京:人民邮电出版社, 2013.
自动寻路论文 篇6
关键词：观展路径,寻路计算机模型,几何特征
引言
博览建筑代表了城市的文化和形象,是城市中的一种重要的建筑类型。随着时代的变迁,博览建筑的功能和宗旨不断衍化,建筑空间形态也发生了巨大变化,由传统的单一功能的集中式形体(图1),发展成为一种能容纳多种文化活动的多元综合体(图2)。另外,随着博览建筑的形体和功能的复杂化,致使无论从建筑外观,还是在建筑室内局部空间中,人们都难以认识和预测观展路径(图3)。为了保证观展空间品质,设计师需要深入研究博览建筑观展路径诱导因素,以设计出人性化的观展路径。
1 博览建筑中的观展路径设计
《博物馆建筑设计规范》参照参观动线组织形式,将博览建筑空间分成放射式、线性和大厅式三种类型。其中,观众在移动过程中形成的参观动线即为观展路径,观展路径设计是博览建筑设计的重要环节。
1.1 观展路径设计中存在的问题
尽管空间形式来源于观展路径的组织,可是多数情况下,人们还是更加关注建筑空间形态和展示氛围的营造,很少有人优先考虑观展路径设计问题。观展路径设计常常仅被看成是一个标识问题,直到工程的末尾,人们才认识到路径设计是建筑、室内设计以及地图设计(还有许多可操作的方面)等的暗示。这时,已经错过了路径设计的最好时机,人们不可能通过标识设计解决所有路径选择问题[1]。这种做法导致了观展路径设计的混乱,致使观众不能找到他们要去的地方,甚至不能发现其他有兴趣的展示空间的存在。另外,缺乏方位感,如迷路、走回头路等将导致观众产生心理和生理疲劳,过早地离开陈列室[2]。因此,观展路径设计需要在建筑设计和策划的最初阶段就考虑,并且贯穿之后的所有阶段。
1.2 观展路径诱导性能化设计的可行性
尽管博览建筑中的参观者的行为是不确定的、是个异的、是随着时间的变化而不同的,我们还是可以通过对个异的分析,去发现和营造一种主要的行为模式,在这种行为模式下,人们能更好的感知和体验建筑,接受建筑带来的信息。这就是说,在博览建筑中,观众的浏览与流动有许多确切的条件和规律[2]。因此,观展路径诱导性能化设计具有可行性。
2 从寻路理论看观展路径设计系统
观展行为是一种特殊的寻路过程,寻路理论为博览建筑观展路径诱导性能的研究提供了一个广泛的视角,人们可以据此建立一个博览建筑观展路径设计系统。
2.1 观展是一种特殊的寻路
最早提出寻路定义的是美国城市研究学者凯文·林奇(Kevin Lynch),他从环境的知觉和认知的角度提出:寻路是对于来自外部环境的明确的感觉线索进行组织的过程。他强调了线索的知觉和认知过程的重要性,却忽略了我们是如何运用这些信息的[3]。
阿瑟(Arthur)和帕西尼(Passini)从心理活动的角度提出:寻路是描述到达一个目的地的过程,无论对环境熟悉或者不熟悉。寻路是人们在不确定的情况下连续地解决空间问题。所有知觉、认知和做出决定的进程对于寻路都是必要的[4]。他们强调了在寻路过程中,人们是如何运用信息的,即强调了决策过程的重要性。
卡普曼(Carpman)和格瑞特(Grant)从移动过程的角度提出:寻路是一种行为,成功的寻路包含:知道你在哪里、知道你的方向、知道并且跟随最短路径(或者至少是一个可以使用的路径)到达你的目标点,能够认出你的前进方向,并且可逆的过程[1]。他们强调了移动过程的重要性。
总的来说,寻路是寻求空间问题解答的过程,包括对环境的感知和认知,将环境信息转变为寻路的决策和行动计划,并在适当的地点将计划付诸行动这三个过程[5]。
从上面的分析中我们可以看出,观展行为是一种特殊的寻路行为,它由信息处理(知觉和认知)、做出决定(空间问题的解决)和执行决定(行走行为)三个过程组成。
另外,在寻路过程中,空间中移动的人流,按照其流动特性可以分为四类:目的性较强的移动人流;非目的性随意移动人流;移动过程即为目的人流;停滞状态的人流[6]。在博览建筑中,人们对观众的参观目的进行了研究和调查。研究发现:博物馆中的观众大多数为首次来访,他们没有特定的参观目的,在展示之间移动,有时稍作停留,大部分时间以浏览为主[7]。因此,在博览建筑中,观众主要为非目的性随意移动人流。
2.2 观展路径设计系统
寻路问题常常被作为一个多方面相互联系的系统问题进行研究,包括行为和环境设计以及管理策略和实践[8]。因此,博览建筑观展路径设计研究也是一个系统问题。从研究对象看,观展路径设计系统包含了三种环境:(1)行为环境(2)物理环境(3)可操作的环境[1]。
3 观展路径影响因素诱导性能相关研究综述
观展路径影响因素诱导性能的相关研究,主要包括观展路径诱导因素、观展路径选择策略和观展路径选择计算机行为模型三个方面。
3.1 观展路径诱导因素
观众在博物馆中的参观行为受博物馆整体环境的影响,呈现出一定的行为模式[7](图4)。也就是说,整体环境是观展路径选择的诱导因素。它包括上文中提到的三种环境因素,这三种环境因素能够增加寻路的便捷性或者导致观众迷失方向。因此,需要人们认真选择和有逻辑性地设计,以便这三种因素之间可以互相支持,并且提供准确不变的信息,这些信息又被称为线索。人们在环境中可以接受普遍提供的线索[9],按照感官的不同,影响观展路径选择的线索,可以分为视觉线索和听觉线索两大类。
3.1.1 视觉线索
奥兹尔(Ozel)认为在众多线索中,视觉线索在人的空间行为中扮演了重要角色[10]。拉普普(Repoport)提出了在寻路背景下,各种视觉线索的系统观点。他将环境中的视觉线索分成了三类:非固定线索,半固定线索,固定线索[11]。
3.1.1. 1 非固定线索
在寻路中,非固定线索主要指的是来自环境中前进方向所暗示的不断变化的物体。正常状况下,指的是其他步行者。
受到其他人的影响,人的集群行为会呈现出的一系列现象:人群之间保持一定的社会距离现象[12],无意识下队列的形成现象,拥挤现象,跟从领导者和避免冲突现象等[13]。
研究表明,在博览建筑中,初次来的参观者更容易注意其他人在做什么,而不会完全依据馆方提供的导览信息[14]。因此,观展路径诱导性能研究主要是针对非固定线索进行的。
3.1.1. 2 半固定线索
在寻路中,半固定线索是一种暂时的环境方案,并且容易被重建。包括标识、地图和不同种的装饰物(材料的颜色、肌理和照明等)。标识在决策点等处告知人们你在哪里,或者怎样到达目的地。地图包括掌上或固定地图,它能够为不熟悉的的来访者指示你在哪里,用简单的方式清晰地解释了连续的信息。材料的颜色、肌理和照明等装饰物,提示了空间中的地标、决策点及标识、地图等寻路诱导因素,增加了寻路的便捷性[15]。
半固定线索也是博览建筑中的导向系统,调查发现:观众对定位有着依赖性,如果在适当位置,如走道交叉处、楼梯平台处等重复使用导向设施,会增加观众心理上的安全感,保证观展继续进行[2]。
3.1.1. 3 固定线索
寻路中的固定线索指的是环境的基础,并且难以重建,又称为建筑线索。罗曼德·帕西尼(Romedi Passini)说:“尽管建筑空间产生了人们不得不去解决的寻路问题,同时,它们也是寻路的辅助系统,因为它们包含了解决空间问题的必要的信息”[16]。
博览建筑空间形态不仅满足陈列展品在形状和尺度上的需要,也限定了人们的行为,赛维(Zevi)说;“建筑的特征及其艺术形式是人的行为的三维语汇[17]。”这表明博览建筑空间本身即是观展路径选择的诱导因素。
3.1.2 听觉线索
另外,阿瑟(Arthur)和帕西尼(Passini)认为:虽然听觉线索对寻路的价值常常因为来源不可靠而降低,但是,作为寻路系统整体环境中的一部分,它对寻路也有一定的影响[4]。听觉线索主要指与人的对话和广播等。
在博物馆中,首次来访的观众需要花几分钟寻找路径,然后才决定去向,寻求的方式可能经过成员之间的讨论或者是询问馆员而得。另外,以广播形式存在的指引或者是解说材料,不仅满足观众的参观经验、增进观展品质,而且能引导观众的观展路径[14]。
3.2 观展路径选择策略
寻路过程中,人们会根据自己的能力和经验使用一些寻路技巧即策略,魏斯曼(Weisman)建议了四个寻路策略,它们同样适用于观展路径选择。这四个策略是:(1)看到一个方向并且直接向它移动;(2)跟随一个通向目标点的路径;(3)使用环境因素,如地标和标识等;(4)使用意向地图或者是掌上认知地图[8]。
前三种策略是观众在缺乏认知地图的情况下,依靠沿途得到的各种线索,逐步选择前进方向进行寻路的策略,我们称之为局部策略。第四种策略是观众根据事先已有的认知地图,进行路线规划后,依靠沿途的各种线索,不断确认并跟随既定路线进行寻路的策略,我们称之为全局策略。
观展过程中,除了上述策略之外,人们还会采取一些更加具体的策略。如受到空间几何关系的影响,采取最小转角策略、最远可达策略;受到其他人、地标、标识或者有特定含义的建筑语汇的影响,采取指向策略等局部策略;受到头脑意向或者认知地图及建筑空间等影响,采取中心点规划策略或者是熟悉路径跟随策略等全局策略[15]。
3.3 观展路径选择计算机模型
模拟是在明确了人的行为特性、进行了模式化、表现出人与空间之间的对应关系之后,运用模式对行为进行预测,从而再现实际现象的一种实验方法。计算机模拟是用计算机语言来记述现象的完全模拟模式。计算机模拟的方法可以解释,在博览建筑中,人们是怎样同时使用多种观展路径诱导线索的。
许多计算机模型可以用于模拟观展路径选择过程,通过行为表现来研究一种或者是几种因素的诱导性能。如日本某研究者用计算机模拟,研究了空间关系和个人心理因素对观展路径选择的影响[6]。
另外,现存的大量针对不同线索的计算机模拟研究,可以在博览建筑的路径设计研究中借鉴使用。如:一些研究者模拟研究个人的行为[15]和集群行为[18],并通过模拟解释社会距离[12]、拥挤[19]等现象。除此之外,还有社会力所产生的人之间的相互作用[20]等现象和细节。人们可以通过观察人群行为和分布等检验物理空间设计的合理性;有些研究者用模拟实验的方法来研究寻路策略的有效性[21];另一些人研究了年纪和性别对寻路的影响[22]、身体缺陷对寻路的影响[23]等;还有一些研究者聚焦在检验寻路设施的优化,如标识的有效性[24]、导向装置的色彩性能[25]等。
从计算机模型的研究,我们发现多数是用来研究非固定线索或者是半固定线索的诱导性能的,针对建筑线索进行研究的计算机模型非常少。另外,从空间建立模式上来看,计算机模型基本上将建筑空间抽象表示为两种形式:(1)只考虑人的运动的网络模型(2)综合考虑人的运动与行为相互关系的网格模型。很少模型能够真实表现空间几何元素特征[26]。
总的来说,在对观展路径影响因素诱导性能的研究中,人们一般采用实验研究的方法。通过观察观众的观展行为表现,来判断和分析观展路径选择影响因素的诱导性能,研究结果用于优化博览建筑的路径设计和管理。越来越多的研究者用计算机模拟试验研究的方法,观察人的路径选择行为。目前,有许多计算机模型,可以用来解释受到环境的影响,人们是如何采取策略进行观展路径选择的。在众多观展路径诱导因素中,建筑师需要更加关注空间因素的研究,在设计之初就对观展路径进行设计。
4 空间因素对观展路径选择的影响
博览建筑中的抽象空间线索是一种影响观展路径选择的重要因素。意大利著名理论家布鲁诺·赛维认为:凡经过人去围合或限定的一个空的部分,即成为一个包围起来的空间,这种空间就是抽象空间。约丘克(J-Jedikel)指出:建筑中的抽象空间是一种体验空间,它与人及其知觉相连系,是连续的场所知觉的总和[2]。抽象空间是一种寻路线索。在博览建筑中,观展路径选择不一定是最短路线,有的索性选择相互联系的空间,以及在某些信号导演下而流动的空间[6]。可见空间本身对观展路径选择有很大的诱导性。
与两大类寻路策略相对应,建筑空间线索可以分为“全局空间线索”和“局部空间线索”。全局空间又称空间构形,它提供了全局建筑空间拓扑关系的信息。局部空间指的是能够提供暗示信息的局部建筑元素及其空间几何特征的差异(如不同的通道、入口、门、楼梯等)[15]。
4.1 全局空间因素的影响
研究表明,寻路行为与全局空间即空间构形的可读性相关。在博览建筑中,观展行为直接受到空间构形即全局空间线索可读性的影响。
多数情况下,研究者通过寻路表现,定性地分析空间构形可读性与寻路的关系。雷金纳德·高烈奇(Reginald Golledge)用林奇(Lynch)的认知草图和调查问卷的实验方法,在对设计路径和实验得出的路径进行比较之后,认为:影响路径选择的主要标准是最短路径、最少转弯次数以及有限选择最长直线道路比[27];帕西尼(Passini)将平面概括为线性、中心型、复合型等交通流线系统。提出鞋带式、格式塔式、系统化等空间认知模式,并研究了各种交通流线模式对寻路的影响[28]。这些描述性的研究成果可以用于评估和预测观展路径。
有些研究者对空间构形进行了量化研究。他们测量了空间复杂性,以此分析全局空间线索对寻路的影响。奥尼尔(O’Neill)用ICD值(Inter-Connection Density)对平面构形进行了评价[29][30],实验结果表明ICD值越高平面越复杂,寻路越困难。史蒂芬·沃特(Steffen Werner)和保罗·隆(Paul Long)指出了ICD评价的局限性,他们通过实验研究发现,有相同ICD值的平面因为参照系的扭转使寻路变得困难(图5),从而得出全局空间的参照系的错位对寻路也有重要影响的结论[31]。
4.2 局部空间因素的影响
同时,史蒂芬·沃特(Steffen Werner)和保罗·隆(Paul Long)的实验还发现:有不同ICD值的平面,局部空间感受可能相似(图6)[31]。这是由于空间之间视觉可达性的局限,也是由于人们自身生理状况的局限,人们对空间关系和空间形式的感受是很难达到完整的。也就是说,寻路的人很少能够从全局的角度看到路径的整体形式,相反的,人们对空间的印象只能通过局部的视线建立。
多数全局空间线索的研究只是考虑了全局空间拓扑关系对寻路的影响,实际上局部空间几何特征的量度关系也对寻路有重要影响。徐磊青、黄波、汤众用认知草图和调查问卷的试验方法,研究了人们在某商场中的寻路表现,在比较了外部空间、平面构型和局部空间特征等因素对寻路的影响之后认为:人在空间中的寻路,主要依赖于局部空间线索。孙澄宇在地下空间疏散路径选择的模拟研究中,对局部元素的几何特征进行了定量分析。研究表明,安全出口的宽度具有与距离相反的影响趋势和相近的影响力[32]。
5 结论和展望
自动寻路论文 篇7
智能作为现代科学发展的产物, 是科技的发展方向, 其可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动运作, 无需人为管理, 便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计主要研究小车的避障寻路的智能模式, 设计中的理论方案、分析方法、特色与创新点等可以为采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人、自动运输机器人等自动半自动机器人的设计与普及提供一定的参考价值。本文设计基于MSP430单片机[1], 通过超声波测距技术[2]、红外检测技术、PWM控制技术[3]及创新机械结构, 实现了实时测距、智能避障防撞、防摔、寻路等功能。
1 系统总体设计方案
智能避障寻路机器人系统主要以MSP430单片机为中央控制器、结合超声波测距模块、红外检测模块180°摆臂舵机及电源模块组成。设计中探测装置必不可少, 而超声波在距离检测方面具有较准确的定位能力, 所以采用超声波传感器作为水平面阻挡物探测装置, 结合180°摆臂舵机, 实现360°检测水平障碍物, 路面检测则由红外检测来实现。系统框图如图1所示。
2 系统硬件设计与实现
2.1 信号检测模块
本设计主要研究小车的避障寻路功能。此处的障碍分为两类———正面阻挡物和地面障碍 (如坑洼、高空) 。当超声波检测障碍物距离大于设定值且路面正常时, 小车正常前进;当超声波检测障碍物距离小于设定值或路面情况有异常时, 小车采取相应的避障措施, 如减速、转向或停止前进。由于超声波在距离检测方面定位较准确, 且价格便宜, 所以采用超声波传感器作为水平四面阻挡物探测装置;路面检测主要考虑机器人防摔, 选择用红外检测来实现。
采用HC-SR04超声波测距模块。超声波测距技术已十分成熟, 其原理主要分为:渡越时间检测法、相位检测法和声波幅值检测法。本设计采用渡越时间检测法, 其兼具检测原理简单, 且反射波不会对其造成干扰而使其精度和灵敏度下降。超声波探测头选频频率为40 k Hz方波, 由单片机指定PWM端口上直接产生。根据超声波测距原理公式S=C*T/2, 由单片机进行读取发射超声波到超声波探测器收到回波的时间T, 结合超声波声速C计算得出离障碍物的距离, 便于保证小车行驶在设定的安全范围内。
红外检测硬件设计, 在车身前8 cm处分别设置四对红外对管。系统根据四对红外对管接受到电压信号, 经过比较器输出高低电平信号的情况来判断地面环境, 如是低电平则说明地面环境良好, 小车正常行驶;反之, 则说明地面障碍, 小车转向或停止行驶。同时, 还可根据需要将红外对管设置为循迹模式。
2.2 电机控制模块
系统设计中主要用了两种电机:舵机用于引导超声波模块和直流电机控制小车。舵机起重要的作用, 超声波测距模块置于其上, 随其转动来实现水平空间检测。由舵机的硬件特性可知:在给定一定电压时, 舵机运行的角速度保持恒定。为配合超声波测距模块能更好地检测水平空间环境, PWM控制要求也非常高, 设计采用了MSP430单片机自身设置的PWM通道, 结合随机函数方式产生PWM控制信号。小车直流电机驱动采用H桥式驱动电路L298N驱动模块, 通过单片机给予L298N电路电平信号来控制小车的起停和转向。
2.3 电源模块
系统供电采用DC-DC方式, 考虑直流电机对电源的要求, 直流电机直接由7.4 V/DC电池供电, 其他模块均由LM2596模块将7.4 V电压转化为5 V/DC的电源提供。
3 系统软件设计
系统软件设计的关键在于采用定时器进行计时, 并利用计时值计算得到相应实时距离和位置情况, 同时结合红外检测模块反馈得到的电平信号, 综合判断机器人系统所处的实时环境。在初始化系统以后, 系统将自动校正超声波模块位置。开始检测地面和水平面环境是否有障碍, 如果存在障碍, 将执行超声波水平面环境循检, 找到并确认安全路线后, 执行后退或转向操作;反之则继续前进。这样以确保机器人实现智能避障寻路的功能。系统程序流程图如图2所示。
4 实验测试
系统初始设置:水平安全距离>20 cm, 红外检测安全距离<3 cm (此时电平信号为低) 。然后, 将智能避障寻路机器人系统置于任意环境中, 对系统进行综合测试。
经不同环境多次运行测试, 超声波测距和红外检测正常, 电机运转正常, 系统工作稳定。
5 结语
本文介绍的智能避障寻路机器人系统, 能充分发挥MSP430单片机的数据处理和实时控制功能, 尤其是PWM控制能力, 使系统工作于最佳状态, 提高灵敏度。该系统具备智能测距、识别环境、避障寻路等功能, 经测试系统运行稳定可靠, 具有体积小、使用方便的特点。
参考文献
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