基于Frenet坐标的虚拟角色路径规划算法的研究

陈汉伟，陈光浩，陈威

(浙江安防职业技术学院，人工智能学院，温州 325000)

0 引言

在虚拟现实仿真场景中，虚拟角色路径规划始终是需要解决的关键问题[1]。虚拟角色往往需要沿一条合理的路径从起始位置移动到结束位置，移动过程中要避开障碍物、保证自身移动速度，并且在偏离路线后，需要及时调整移动状态，回到既定路线。现有的路径规划算法，虽然可以进行路径规划，但是存在路径轨迹不够真实、算法复杂度高或是无法应对复杂场景等问题。

针对虚拟现实仿真场景中的虚拟角色路径规划问题，提出了一种基于Frenet坐标的虚拟角色路径规划算法，算法根据已知的障碍物信息，较快地为虚拟角色规划路径，路径平滑有效，能够合理避开既有的障碍物。算法将虚拟角色和障碍物的位置信息转换到Frenet坐标当中[2]，推算最优的运动轨迹，进而实现虚拟角色的障碍避让、速度持续性以及合理并线等智能行为，算法性能较好，且模拟动画效果真实，具备一定的应用价值。

1 基于Frenet坐标的虚拟角色路径规划算法

1.1 Frenet坐标与笛卡尔坐标的映射关系

在虚拟场景中，虚拟角色需要沿参考轨迹移动，但因为需要避开障碍物，实际规划路径和参考轨迹会产生偏差。路径在笛卡尔坐标中，虚拟角色与参考轨迹的位置关系处理方法相对复杂。然而，在Frenet坐标系下，以参考轨迹为依据建立坐标系统，虚拟角色与参考轨迹的位置关系可简易的表述为横向偏移量d(t)和纵向偏移量s(t)，如图1所示。……