快速迭代区域膨胀用于计算大型二维/三维无障碍空间凸区域
机器人学
2025-03-19 v3
摘要
凸多面体具有紧凑表示和凸性，适用于从各种环境中抽象无障碍空间。现有生成方法难以平衡高质量输出和效率。此外，凸多面体需要准确包含某些种子点集（如机器人或前端路径）是各种任务中的另一个关键要求，我们称之为可管理性。本文提出快速迭代区域膨胀（FIRI）以同时保证高质量凸多面体、效率和可管理性。FIRI由两个迭代执行的子模块组成：限制性膨胀（RsI）和最大体积内接椭球（MVIE）计算。通过显式包含种子点集的约束，RsI保证了可管理性。同时，迭代MVIE优化通过单调体积界改进确保高质量结果。在效率方面，我们针对两个模块的低维和多约束特性设计了定制方法，相比通用求解器实现了数量级的改进。值得注意的是，在二维MVIE中，我们提出了第一个线性复杂度的最大面积内接椭圆解析算法，进一步提升了二维情况下的性能。与最先进方法的广泛基准测试验证了FIRI在质量、可管理性和效率方面的优越性能。此外，各种实际应用展示了FIRI的通用性和实用性。
引用
@article{arxiv.2403.02977,
title = {Fast Iterative Region Inflation for Computing Large 2-D/3-D Convex Regions of Obstacle-Free Space},
author = {Qianhao Wang and Zhepei Wang and Mingyang Wang and Jialin Ji and Zhichao Han and Tianyue Wu and Rui Jin and Yuman Gao and Chao Xu and Fei Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.02977},
year = {2025}
}