CN106651987A - 路径规划方法及装置 - Google Patents

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CN106651987A CN201610884630.9A CN201610884630A CN106651987A CN 106651987 A CN106651987 A CN 106651987A CN 201610884630 A CN201610884630 A CN 201610884630A CN 106651987 A CN106651987 A CN 106651987A
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Abstract

本发明实施例提供路径规划方法及相关装置。该方法包括：使用N段样条曲线拟合出移动路径；其中N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一样条曲线的形状由控制点决定；将移动路径的路径标识符，以及用于拟合移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件。在本发明实施例中，由于样条曲线的形状由其控制点决定，因此存储了样条曲线控制点坐标，就可以决定样条曲线的形状，进而决定整条移动路径的形状。由于控制点的个数要远小于样条曲线所包含的点，因此本发明实施例所提供的技术方案可大大减少路径数据的存储量。

Description

路径规划方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及路径规划方法及装置。
背景技术
在很多场景下均需要进行路径规划，例如对机器人运动控制中，其操作臂或其他被控部件的运动轨迹规划，再例如，游戏中非玩家角色(比如塔防游戏中的怪物)的移动路径规划。
以游戏中非玩家角色的移动路径规划为例，非玩家角色可能需要在如图1a所示的背景中沿道路移动(当然，机器人可能也需要沿固定的道路移动)。
现有的一种路径规划方式为点阵表示法，其原理为：将背景以给定分辨率网格化，再将移动路径以像素点阵的形式表示(见图1b)。
点阵表示法一般采用以下两种方式保存路径：一是矩阵形式(请参见图2a)，二是点集形式(请参见图2b)。上述两种方式至少对路径上的每一个点都进行保存，这造成路径数据存储量很大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供路径规划方法及装置，以减少路径数据的存储量。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种路径规划方法，基于路径文件，所述路径文件包括路径标识，以及，用于拟合所述路径标识对应的移动路径的N条样条曲线的控制点的坐标；所述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，所述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一所述样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
所述方法包括：
获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，所述物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
获取指定时刻；
基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置。
一种路径规划装置，基于路径文件，所述路径文件包括路径标识，以及，用于拟合所述路径标识对应的移动路径的N条样条曲线的控制点的坐标；所述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，所述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一所述样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
所述装置包括：
第一获取单元，用于获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，所述物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
第二获取单元，用于获取指定时刻；
确定单元，用于基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置。
一种路径规划系统，包括第一路径规划装置和第二路径规划装置，其中：
所述第一路径规划装置包括：
拟合单元，用于使用N段样条曲线拟合出移动路径；其中所述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，所述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一所述样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
存储单元，用于将所述移动路径的路径标识符，以及用于拟合所述移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件；
所述第二路径规划装置包括：
第一获取单元，用于获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，所述物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
第二获取单元，用于获取指定时刻；
确定单元，用于基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置。
在本发明实施例中，移动路径由N段样条曲线拟合而成，在进行存储时，存储的是样条曲线的控制点坐标，由于样条曲线的形状由其控制点决定，因此存储了样条曲线控制点坐标，就可以决定样条曲线的形状，进而决定整条移动路径的形状。
由于控制点的个数要远小于样条曲线所包含的点，因此本发明实施例所提供的技术方案可大大减少路径数据的存储量。此外，上述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，并且，第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的法线相同且切线夹角为零。这样可实现相邻的样条曲线之间平滑对接，从而保证整条移动路径光滑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1a为背景示意图；
图1b点阵表示法示意图；
图2a和图2b为点阵表示法保存方式示意图；
图3为本发明实施例提供的路径规划装置或电子设备的计算机架构示例图；
图4a、图4e、图5a、5b、图6a、图9为本发明实施例提供的路径规划方法示例性流程图；
图4b为本发明实施例提供的由3段样条曲线拟合出的移动路径的示例图；
图4c和图4d为本发明实施例提供的路径数据结构示意图；
图6b为本发明实施例提供的图片示意图；
图6c为本发明实施例提供的图片的坐标系示意图；
图7a为本发明实施例提供三次Beizer曲线示意图；
图7b和图7c为本发明实施例提供的采用三次Bezier曲线拟合移动路径的示意图；
图8a为本发明实施例提供的由6组控制点组拟合的移动路径的示例图；
图8b和图8c为本发明实施例提供的采用三次Bezier曲线拟合移动路径的另一示意图；
图10a、图10b、图10c、图10d为本发明实施例提供的路径规划装置的示例性结构图。
具体实施方式
本发明可能使用的技术名词、简写或缩写如下：
样条曲线:给定一组控制点而得到一条曲线，即样条曲线的形状由控制点决定；
G1几何连续：满足一条曲线的端点与另一条曲线的端点重合，并在该重合点处法线(切线的垂直线)相同、切线夹角为零度，则称这两条曲线在连接点处满足G1几何连续。
本发明提供路径规划方法及路径规划装置。
在不同场景下，上述路径规划装置可以软件的形式应用于机器人、服务器、电子设备设备/终端(诸如台式机、移动终端、ipad等)中，或以硬件(例如具体可为机器人中的控制器/处理器)的形式作为上述设备的组成部分。
当以软件形式存在时，路径规划装置具体可为一应用程序，例如手机APP、终端应用程序等，也可作为某应用程序或操作系统的组件。
图3示出了路径规划装置或包含上述路径规划装置的设备一种通用计算机系统结构。
上述计算机系统可包括总线、处理器1、存储器2、通信接口3、输入设备4和输出设备5。处理器1、存储器2、通信接口3、输入设备4和输出设备5通过总线相互连接。其中：
总线可包括一通路，在计算机系统各个部件之间传送信息。
处理器1可以是通用处理器，例如通用中央处理器(CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)、微处理器等，也可以是特定应用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
处理器1可包括主处理器，还可包括基带芯片、调制解调器等。
存储器2中保存有执行本发明技术方案的程序，还可以保存有操作系统和其他关键业务。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。更具体的，存储器2可以包括只读存储器(read-only memory，ROM)、可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，RAM)、可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备、磁盘存储器、flash等等。
输入设备4可包括接收用户输入的数据和信息的装置，例如键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、语音输入装置、触摸屏、计步器或重力感应器等。
输出设备5可包括允许输出信息给用户的装置，例如显示屏、打印机、扬声器等。
通信接口3可包括使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(WLAN)等。
处理器1执行存储器2中所存放的程序，以及调用其他设备，可用于实现本发明实施例所提供的路径规划方法中的各个步骤。
下面将基于上面的本发明涉及的共性方面，对本发明实施例进一步详细说明。
图4a示出了上述路径规划装置所执行的路径规划方法的一种示例性流程，其可包括：
401部分：使用N段样条曲线拟合出移动路径，N为正整数。
其中，上述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合。
上述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零，这样可实现相邻的样条曲线之间平滑对接(或称为G1几何连续)，从而保证整条移动路径光滑。1≤i<N。
以图4b所示的由3段样条曲线拟合出的移动路径为例，第1段样条曲线的终点与第2段样条曲线的起点均为点A。
可以看出，第1段样条曲线在点A处的切线，与第2段样条曲线在点A处的切线夹角为零(也可称为切线重合)。
每一上述样条曲线的形状由控制点决定。在一个示例中，上述样条曲线可为B样条曲线。更具体的，可为贝塞尔曲线。本文还将进行更为详细的介绍。
402部分：将上述移动路径的路径标识符，以及用于拟合上述移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件。
由于移动路径可能不止一条，所以需要使用路径标识符对各路径进行标识。
在一个示例中，可采用文本形式存储路径数据，请参见图4c路径数据结构包含两部分，一是路径标识符，二是拟合上述移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标。
假定由5段样条曲线拟合出的移动路径对应的路径标识符(id)是0，第1-5段样条曲线的控制点坐标分别为：
(0.850004,29.568),(5.85,29.568),(37.05,29.568)，(35,35.9424),(42.13,35.9424),(45.51,35.9424),(48.98,33.5328),(48.98,29.904),(48.98,24.9504),(42.44,25.296),(42.44,21.12),(42.44,18.048),(49.2,17.664),(54.2,17.664),(63.7,17.664),(70.31,21.408),(74.11,21.408),(79.11,21.408)。
则由5段样条曲线拟合出的移动路径对应的移动数据如图4d所示(id字段记录的是路径标识符，anchors字段记录的是控制点坐标，分号为控制点与控制点之间的分隔符，逗号是横坐标和纵坐标的分隔符)。
可见，在本发明实施例中，移动路径由N段样条曲线拟合而成，在进行存储时，存储的是样条曲线的控制点坐标，由于样条曲线的形状由其控制点决定，因此存储了样条曲线控制点坐标，就可以决定样条曲线的形状，进而决定整条移动路径的形状。
而由于控制点的个数要远小于样条曲线所包含的点，因此本发明实施例所提供的技术方案可大大减少路径数据的存储量。从而可用尽可能少的数据表示大量复杂的路径。
在本发明其他实施例中，请参见图4e，在步骤402之后，还可包括：
403部分：获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率。
在一个示例中，上述移动速率可为固定值或变值。可将移动速率使用移动速率函数表示。
需要说明的是，在不同场景下，物体具有不同的含义。例如，在机器人运动控制中，物体可指操作臂或其他被控部件，操作臂或其他被控部件的移动速率(移动速率函数)可采用任意速率规划方式来确定。
再例如，在游戏场景下，上述物体可指非玩家角色(例如塔防游戏中的怪物)，游戏中已经设计好了每一只非玩家角色对应的移动路径以及移动速率(移动速率函数)，因此可以直接确定物体所在移动路径的路径标识符及移动速率。
为方便区分，可将物体所在移动路径的路径标识符称为目标路径标识符。
404部分：获取指定时刻。
指定时刻可为物体在移动过程中的任一时刻。在一个示例中，指定时刻可为当前时刻。
405部分：基于上述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定上述物体在上述指定时刻的位置。
本文后续将对如何基于上述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定上述物体在上述指定时刻的位置进行详细介绍。
在本实施例中，可使用路径文件确定物体在指定时刻的位置，这样可对物体进行精确的运动控制。
在不同场景下，在获取物体在指定时刻的位置后，可有不同的控制方式。
例如，在机器人运动控制中，在获取被控部件在指定时刻的位置，可向被控部件发送位置控制指令，以控制被控部分在指定时刻运行到该位置。
而在游戏场景下，在确定出非玩家角色在当前的位置后，可在该位置显示该非玩家角色，从而实现非玩家角色的位置更新。而从玩家的角度看，就是非玩家角色在移动。
401-402部分可统一称为路径文件生成部分。
需要说明的是，401-402部分与403-405部分，可由同一路径规划装置执行，也可由不同的路径规划装置执行。
例如，在机器人运动控制场景下，401-405部分可由机器人的处理器执行。
而在游戏场景下，401-402部分可发生在游戏设计开发过程中，所生成的控制文件可作为游戏的一部分。而403-405部分可由玩家所使用的终端执行。则请参见图5a，路径规划装置(例如由玩家所使用的终端)所执行的路径规划方法的另一种示例性流程可包括：
501部分：获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率。
502部分：获取指定时刻。
503部分：基于上述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定上述物体在上述指定时刻的位置(为方便起见，可将其称为目标位置)。
501-503部分与403-405部分相类似，在此不作赘述。
在本发明其他实施例中，请参见图5b，在503部分之后，还可包括504部分：在目标路径的目标位置上显示上述物体。
举例来讲，假定在503部分，确定出游戏中的某一怪物在当前时刻在目标路路径的点A位置。则在504部分，会在点A位置显示该怪物。
此外，仍请参见图5a或5b，在501部分之前，还可包括500部分：调取路径文件。在一个示例中，可将路径文件加载至内存中。
图6a示出了上述路径规划装置所执行的路径规划方法的又一种示例性流程(在本实施例重点在于路径文件的生成)，其可包括：
600部分：获取图片。
上述图片中的图像上具有道路。
图6b示出了图片的一种示意图。图片可作为游戏背景，具体的，可为地图。
需要说明的是，图片与图像是不同的。图片一般是矩形的，例如像素为4*4的图片，而图片中的图像则没有固定的形状和尺寸。
或者，在机器人运动控制中，机器人需沿着图片上的道路移动。
601部分：使用N段样条曲线拟合出形状与上述图片上的道路的形状相贴合的移动路径。
602部分：将上述移动路径的路径标识符，以及用于拟合上述移动路径的样条曲线对应的控制点在图片上的坐标，存储至路径文件。
需要注意的是，在本实施例中，控制点的坐标具体为控制点坐标在图片上的坐标。
假定某图片像素为16*16，该图片的坐标系如图6c所示，以左上角为原点(0，0)，x轴和y轴的最大取值为15。假定，移动路径由1段样条曲线拟合而成，该样条曲线有4个控制点P0、P1、P2和P3，则边缘顶点坐标集合中储存的是P0、P1、P2、P3相对于原点(0，0)的坐标。
关于路径标识符和路径文件的介绍请参见前述的402部分，在此不作赘述。
在本发明其他实施例中，仍请参见图6a，在602部分之后，还可包括：
603部分：加载路径文件。
可将路径文件加载至内存。
需要说明的是，在游戏中，可能会有多张背景或地图，因此，在一个示例中，当需要生成多个图片对应的路径文件时，可对每一张图片执行601-603部分的操作。
在一些场景下，两幅或更多幅图片可共用同一道路，因此，在一个示例中，还可存储图片标识与路径标识符之间的对应关系。
604部分：获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率。
605部分：获取指定时刻。
604部分与605部分，与前述的403-404部分或501-502相类似，在此不作赘述。
606部分：基于上述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定上述物体在上述指定时刻的位置。
需要说明的是，该位置是在上述图片的坐标系下的位置坐标。
607部分：将物体在上述指定时刻的位置转化为游戏世界坐标系下的位置坐标。
需要说明的是，在利用现有的点阵表示法来表示移动路径时，而在游戏运行阶段，会将点阵坐标线性变换到游戏世界坐标，物体移动时通过计算目标位置前后相邻两点的线性插值获得位置坐标。
这样，在设计阶段若点阵的分辨率较低，而游戏运行阶段游戏分辨率较高的话，则在游戏运行时能够看出移动路径存在大量尖角，即曲线不够光滑。这会使得游戏运行时，物体的移动显示生硬。
而在本实施例中，存储的是控制点在图片上的坐标，与分辨率无关。在606部分确定的位置，也是在图片的坐标系下的位置坐标，亦与分辨率无关，从而移动路径不会因分辨率变化而发生变形。也即，本实施例可在任意游戏分辨率下，保持物体的移动路径光滑。
608部分：在游戏世界坐标系下的位置坐标上，显示物体。
前已述及，样条曲线可为B样条曲线，更具体的，可为B样条曲线中的贝塞尔(Beizer)曲线。下面将以三次贝塞尔曲线为例，具体介绍如何使用样条曲线拟合出移动路径。
为了生成一段三次贝塞尔曲线，需要四个特征点。请参见图7a，四个特征点按顺序分别记为P0、P1、P2、P3，则三次Beizer曲线的参数方程为：
B(u)＝P0(1-u)3+3P1u(1-u)2+3P2u2(1-u)+P3u3,u∈[0,1]。
其中，u＝0对应三次Beizer曲线的起始点，u＝1对应三次Beizer曲线的终止点。
P0-P3这4个特征点在平面或在三维空间定义了三次Bezier曲线，其组成的多边形称为特征多边形或控制多边形。其中，P0为起始点，P3为终止点，P2、P3为中间点。需要说明的是，一般三次Bezier曲线不经过P1、P2，这两个点只提供方向。
为实现拟合出移动路径，路径规划装置可提供路径规划界面。
请参见图7b，在路径规划界面上可提供三次Bezier曲线的控件，此外，还可有直线控件、矩形控件等。
路径规划装置监听输入设备(输入设备一般为触摸屏、鼠标、键盘等)，：当监听到输入设备的操作事件时，路径规划装置执行与所述操作事件相对应的动作。
举例来讲，以鼠标输入为例，在路径规划装置监听到鼠标点击三次Bezier曲线的控件的事件，并保持不松开时，路径规划装置所执行的与操行事件相对应的动作包括：在使用者拖动鼠标的过程中，令三次Bezier曲线追随鼠标的移动而移动，在监听到鼠标被松开时，三次Bezier曲线被放置在一个新位置上。
例如，请参见图7b，一段三次Bezier曲线被放置在编辑区中。
使用者可继续拖动新的三次Bezier曲线至编辑区。例如，在图7c中，使用者将两段三次Bezier曲线拖进编辑区。
路径规划装置可自动令编辑区中相邻的两段三次Bezier曲线的终点与起点重合，并令重合点处的切线夹角为零。一般可保持前一段三次Bezier曲线形状不变，自动调整后一段三次Bezier曲线的形状，以令两段三次Bezier曲线在重合点处的切线夹角为零。
若用户点击保存按钮，路径规划装置监听到保存事件，会将路径标识符以及三次Bezier曲线的特征点在图片坐标系下的坐标保存至路径文件。
此外，使用者还可移动编辑区任一段三次Bezier曲线的特征点的位置，以改变该段三次Bezier曲线的形状。
以图7c为例，若用户点击保存按钮，路径规划装置会将路径标识符以及A至G点的坐标保存至路径文件。
在本发明其他实施例中，使用样条曲线拟合出移动路径还可采用其他方式。
仍以三次Bezier曲线为例，除了前述图7b、7c所示的方式，还可采用控制点组的方式来使用三次Bezier曲线拟合出移动路径。
控制点组包括锚点、前方向点和后方向点。假定共有N+1组控制点组，其可表征N段三次Bezier曲线。其中：
第j组控制点组中的锚点表征，第j+1段三次Bezier曲线的起点，也即第j段三次Bezier曲线的终点(0≤j≤N)；
第j组控制点组中的前方向点表征，第j段三次Bezier曲线终点处的方向；
第j组控制点组中的后方向点表征，第j+1段三次Bezier曲线的起点处的方向。
例如，请参见图8a，图8a中的移动路径由五段三次Bezier曲线组成，这五段三次Bezier曲线由六组控制点组决定。
在图8a，虚线框中的三个点即为一组控制点，表示前方向点、表示锚点、表示后方向点。
记顺序上相邻两组控制顶点组分别为Qj-1和Qj，其中j∈[1,N+1]，N+1为控制顶点组数量，则Qj-1中的锚点、Qj-1中的后方向点、Qj前方向点和Qj锚点生成一段三次贝塞尔曲线。
由于Qj锚点既是前一段曲线的终点，又是后一段曲线的起点，且在设计过程中保持Qj中的前方向点、锚点和后方向点三点共线且按序排列，则可令两段三次Bezier曲线在拼接点处满足G1连续。
以图8a中的第一段三次Beizer曲线为例，通过比对图7a中所示的三次贝塞尔曲线，可知，第一段三次Beizer曲线中的P0点，为第0组控制点组的锚点；第一段三次Beizer曲线中的P3点，为第1组控制点组的锚点；第一段三次Beizer曲线中的P1点，为第0组控制点组的后方向点；第一段三次Beizer曲线中的P2点，为第1组控制点组的前方向点。
以此类推，可知：
N段三次Bezier曲线中的第i段三次Beizer曲线中的P0点，为第i-1组控制点组的锚点；
第i段三次Beizer曲线中的P3点，为第i组控制点组的锚点；
第i段三次Beizer曲线中的P1点，为第i-1组控制点组的后方向点；
第i段三次Beizer曲线中的P2点，为第i组控制点组的前方向点。
为实现拟合出移动路径，路径规划装置可提供路径规划界面。
请参见图8b，在路径规划界面上可提供控制点组控件，此外，还可有直线控件、矩形控件等。
路径规划装置监听输入设备(输入设备一般为触摸屏、鼠标、键盘等)，：当监听到输入设备的操作事件时，路径规划装置执行与所述操作事件相对应的动作。
举例来讲，以鼠标输入为例，在路径规划装置监听到鼠标点击控制点组控件的事件，并保持不松开时，路径规划装置所执行的与操行事件相对应的动作包括：在使用者拖动鼠标的过程中，令控制点组控件追随鼠标的移动而移动，在监听到鼠标被松开时，控制点组控件被放置在一个新位置上。
例如，请参见图8b，一组控制点组被放置在编辑区中。
使用者可继续拖动新的控制点组至编辑区。例如，在图8c中，使用者共将两组控制点组拖进编辑区。路径规划装置可自动根据两组控制点组形成一段三次Beizer曲线。
使用者还可移动编辑区任一控制点的位置，以改变三次Bezier曲线的形状。
若用户点击保存按钮，路径规划装置监听到保存事件，会将路径标识符以及每一控制点组中各控制点在图片坐标系下的坐标保存至路径文件。
因此，在设计阶段，使用者与路径规划装置的具体交互流程如下：
使用者通过输入装置放置控制点组生成多段三次贝塞尔曲线；
使用者通过输入装置调整控制点位置来分段调整三次贝塞尔曲线的形状，以贴合所需的移动路径形状；
将路径数据输出至路径文件。
需要说明的是，现有点阵表示法在需要对移动路径中某段进行修改时，需要将该区域内的全部点阵重新设计。
而在本实施例中，可通过移动控制点的位置来调整对应曲线段的形状，保证了设计过程的简单、高效。
下面将介绍如何基于目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定物体在上述指定时刻的位置。
请参见图9，“基于目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定物体在上述指定时刻的位置”可包括如下步骤：
901部分：根据移动速率和指定时刻，计算上述物体的移动距离。
假定，移动速率函数表示为v(τ)，τ表示时间自变量，指定时刻为T，初始时刻为T0，物体的移动距离表示s，则可通过如下公式计算物体的移动距离s：
902部分：在上述路径文件中，查找上述目标路径标识对应的每一样条曲线的控制点的坐标；
903部分：根据查找出的控制点的坐标，得到上述目标路径标识对应的每一样条曲线的长度。
在一个示例中，可读取路径文件中目标路径标识符对应的样条曲线的控制点的坐标，结合控制点坐标，还原目标路径标识对应的每一样条曲线的曲线方程，再根据曲线方程得到每一样条曲线的长度。
以三次Bezier曲线为例，前已述及，三次Bezier曲线的通用表达式为B(u)＝P0(1-u)3+3P1u(1-u)2+3P2u2(1-u)+P3u3,u∈[0,1]。
并且，前已阐述了P0-P3与控制点之间的关系，则在查找出控制点的坐标后，就可以确定用于拟合目标路径标识对应的移动路径的N段三次Bezier曲线的各特征点坐标，将各特征点坐标代入通用表达式，则可得到每一段三次Bezier曲线对应的多项式。
而在确定了每一段三次Bezier曲线对应的多项式后，就可进一步确定每一段三次Bezier曲线的长度。
904部分：基于上述移动距离和每一样条曲线的长度，确定在上述指定时刻上述物体所在的样条曲线，作为目标样条曲线。
假定某移动路径由三段样条曲线拟合而成，这三段样条曲线长度分别为5cm、3cm和4cm。
同时假定，物体在T0时刻出发，以每秒5cm的速率前进，则在指定时刻T(T-T0＝2秒)，物体的移动距离s为10cm。
由于10-5-3＝2，而10-5-3-4＝-2，从而可确定物体在第三条样条曲线上。
905部分：确定上述移动距离在目标样条曲线上对应的弧长，作为目标弧长。
仍沿用前例，由于10-5-3＝2，而10-5-3-4＝-2，从而可确定物体在第三条样条曲线上，并且，根据10-5-3＝2，可确定在第三条样条曲线上对应的目标弧长l为2cm。
906部分：根据目标样条曲线的表达式以及上述目标弧长，确定物体在上述指定时刻的位置。
任一样条曲线(包含目标样条曲线)的表达式是由控制点的坐标决定。
更具体的，前已述及，三次Bezier曲线的通用表达式为B(u)＝P0(1-u)3+3P1u(1-u)2+3P2u2(1-u)+P3u3,u∈[0,1]，可将u看作取值为0-1秒之间的时间变量，则三次Bezier曲线的通用表达式可视为与时间u有关的函数。
在一个示例中，根据目标样条曲线的表达式以及上述目标弧长，确定物体在上述指定时刻的位置可具体包括：
步骤A：确定目标弧长l对应的曲线参数的具体取值u～；
步骤B：将u～代入目标样条曲线的表达式，得到的结果即为物体在上述指定时刻T的位置。
已知l，若可求得l对应的u的具体取值u～，再将u～代入B(u)，得到B(u～)，B(u～)即为物体在指定时刻的位置。
在另一个示例中，确定目标弧长l对应的曲线参数的具体取值u～可通过如下方式获取：
假定弧长变量S与时间自变量u之间的函数关系为：S＝g(u)，其中u表示时间自变量，其中u∈[0,1],S∈[0,L]，L为目标样条曲线的长度。
在数据中,所有参数曲线(包括贝塞尔曲线)上的点都可以表示为(x(u)，y(u))，在贝塞尔曲线的定义中，u∈[0,1]，当x(u)，y(u)有一阶导数时，弧长微元
对于贝塞尔曲线，x(u)，y(u)是关于u的多项式函数，所以一定是一阶可导的。因此可得：其中A表示u的一个具体取值。当然，A现在是未知的。
而可用|B'(u)|表示。则可推导出
其中，|*|表示向量取模，B'(u)表示三次Bezier曲线的一阶导数。
由于已知S＝l，需要求得对应的u～，因此上述问题转化为求解逆函数：u～＝g-1(l)。
而该方程绝大多数情况下无解析解，因此可采用牛顿法求解该方程的数值解。
记F(u)＝g(u)–l。上述问题转化为求解u～，使得F(u～)＝0。
令u0∈[0,1]为u～的初始猜测，在一个示例中，可选取：u0＝l/L。
则应用牛顿法可以产生如下迭代序列：
其中，
B'(uk)表示目标样条曲线的一阶导数在曲线参数等于uk+1时的取值。
而
重复产生迭代序列，直到满足下列约束条件之一时停止：
上述约束条件实现的是：当某一次迭代计算出的值小于预定误差值∈，或者迭代次数超过预定迭代次数上限M就停止。
上述迭代过程也可表述为：
产生迭代序列直至满足约束条件。
将迭代停止时得到的uk+1作为u～。
需要说明的是，设立M是出于性能考虑，并不是必须的。
在实际求解过程中，只要M合理，只有少数迭代过程的迭代次数会超过M，且获得的解足够近似正确位置。M值由机器性能和应用程序所需的求解快慢决定。
当然,还可采用其他方式确定物体在上述指定时刻的位置，在此不作赘述。
相比于现有方式，本发明所提供的方案具有以下优点：
在任意分辨率下，能使移动路径保持光滑；
能够少量数据表示大量复杂曲线路径。
图10a示出了上述实施例中所涉及的路径规划装置的一种可能的结构示意图，包括：
拟合单元101，用于使用N段样条曲线拟合出移动路径；其中N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
存储单元102，用于将移动路径的路径标识符，以及用于拟合移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件。
在本发明其他实施例中，请参见图10b，上述路径规划装置还可包括：
第一获取单元103，用于获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
第二获取单元104，用于获取指定时刻；
确定单元105，用于基于目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定物体在指定时刻的位置。
在机器人运动控制场景下，拟合单元101至确定单元105可应用于同一机器人中。
而在其他场景下，例如游戏场景下，拟合单元101和存储单元102可应于某一服务器中，而第一获取单元103至确定单元105可应于另一服务器或电子设备(例如智能终端、客户端、ipad等)中。
因此，请参见图10c，路径规划装置(电子设备)的另一种可能的结构可包括：
第一获取单元103，用于获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
第二获取单元104，用于获取指定时刻；
确定单元105，用于基于目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定物体在指定时刻的位置。
此外，请参见图10d，在其他实施例中，路径规划装置(电子设备)还可包括显示单元106，用于在目标路径的目标位置上显示上述物体；其中，上述目标位置为确定出的物体在上述指定时刻的位置。
其中，拟合单元101可用于执行图4a和图4e所示的401部分，图6a所示的600-601部分。
存储单元102可用于执行图4a和图4e所示的402部分，图6a所示的602部分。
第一获取单元103可用于执行图4e所示的403部分，图5a和5b所示的500-501部分，图6a所示的603-604部分。
第二获取单元104可用于执行图4e所示的404部分，图5a和5b所示的502部分，图6a所示的605部分。
确定单元105可用于执行图4e所示的405部分，图5a和5b所示的503部分，图6a所示的606-607部分，图9所示的901-906部分。
显示单元106可用于执行图5b所示的504部分，图6a所示的608部分，
此外，本发明实施例还要求保护一种路径规划系统，其可包括第一路径规划装置和第二路径规划装置，第一路径规划装置的一种可能的结构示意图可参见图10a，第二路径规划装置的一种可能的结构示意图可参见图10c或图10d。
上述所有实施例所涉及的路径规划装置/电子设备/服务器/终端的另一种可能的结构示意图可参见图3，包括：
总线、处理器1、存储器2、通信接口3、输入设备4和输出设备5。处理器1、存储器2、通信接口3、输入设备4和输出设备5通过总线相互连接。其中：
总线可包括一通路，在计算机系统各个部件之间传送信息。
处理器1可以是通用处理器，例如通用中央处理器(CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)、微处理器等，也可以是特定应用集成电路(application-specificintegrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
处理器1可包括主处理器，还可包括基带芯片、调制解调器等。
存储器2中保存有执行本发明技术方案的程序或脚本，还可以保存有操作系统和其他关键业务。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。脚本则通常以文本(如ASCII)保存，只在被调用时进行解释或编译。
更具体的，存储器2可以包括只读存储器(read-only memory，ROM)、可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，RAM)、可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备、磁盘存储器、flash等等。
输入设备4可包括接收用户输入的数据和信息的装置，例如键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、语音输入装置、触摸屏、计步器或重力感应器等。
输出设备5可包括允许输出信息给用户的装置，例如显示屏、打印机、扬声器等。
通信接口3可包括使用任何收发器一类的装置，以便与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(WLAN)等。
控制器/处理器可用于执行图4a、图4e、图5a、图5b、图6a、图9涉及路径规划装置/电子设备/服务器/终端的处理过程和/或用于本申请所描述的技术的其他过程。
控制器/处理器也可用于实现前述拟合单元101至确定单元105的功能。
通信接口则用于支持路径规划装置/电子设备/服务器/终端与其他装置进行通信。
可以理解的是，图2仅仅示出了路径规划装置/电子设备/服务器/终端的简化设计。在实际应用中，路径规划装置/电子设备/服务器/终端可以包含任意数量的发射器，接收器，处理器，控制器，存储器，通信接口等，而所有可以实现本发明的路径规划装置/电子设备/服务器/终端都在本发明的保护范围之内。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束段件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、WD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种路径规划方法，其特征在于，基于路径文件，所述路径文件包括路径标识，以及，用于拟合所述路径标识对应的移动路径的N条样条曲线的控制点的坐标；所述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，所述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一所述样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
所述方法包括：
获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，所述物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
获取指定时刻；
基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述物体在所述指定时刻的位置之后，所述方法还包括：
在所述目标路径的目标位置上显示所述物体；所述目标位置为确定出的所述物体在所述指定时刻的位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置包括：
根据所述移动速率和指定时刻，计算所述物体的移动距离；
在所述路径文件中，查找所述目标路径标识对应的每一样条曲线的控制点的坐标；
根据查找出的控制点的坐标，得到所述目标路径标识对应的每一样条曲线的长度；
基于所述移动距离和每一样条曲线的长度，确定在所述指定时刻所述物体所在的样条曲线，作为目标样条曲线；
确定所述移动距离在所述目标样条曲线上对应的弧长，作为目标弧长；
根据所述目标样条曲线的表达式以及所述目标弧长，确定所述物体在所述指定时刻的位置，所述目标样条曲线的表达式由所述目标样条曲线的控制点的坐标决定。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述样条曲线为三次贝塞尔曲线；
所述N段样条曲线由N+1组控制点组决定，每一组控制点组包括锚点、前方向点和后方向点，其中：
第j组控制点组中的锚点表征，所述N段样条曲线中第j+1段贝塞尔曲线的起点，以及，第j段贝塞尔曲线的终点(0≤j≤N)；
第j组控制点组中的前方向点表征，所述N段样条曲线中第j段贝塞尔曲线终点处的方向；
第j组控制点组中的后方向点表征，所述N段样条曲线中第j+1段贝塞尔曲线的起点处的方向。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述N段样条曲线中任一段三次贝塞尔曲线的表达式为：B(u)＝P0(1-u)3+3P1u(1-u)2+3P2u2(1-u)+P3u3,u∈[0,1]，其中，u表示曲线参数，P0-P3表示特征点坐标；其中：
所述N段样条曲线的第i段三次Beizer曲线中的P0点，为第i-1组控制点组的锚点；
第i段三次Beizer曲线中的P3点，为第i组控制点组的锚点；
第i段三次Beizer曲线中的P1点，为第i-1组控制点组的后方向点；
第i段三次Beizer曲线中的P2点，为第i组控制点组的前方向点。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述目标样条曲线的表达式以及所述目标弧长，确定所述物体在所述指定时刻的位置包括：
确定所述目标弧长对应的曲线参数的具体取值u～；
将所述u～代入所述目标样条曲线的表达式，得到所述物体在所述指定时刻的位置。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标弧长对应的曲线参数的具体取值u～包括：
记F(u)＝g(u)–l；g(u)表征了弧长变量与曲线参数之间的函数关系，所述l表示目标弧长；
令u0∈[0,1]为u～的初始猜测；
产生迭代序列直至满足约束条件；其中，F′(uk)＝B′(uk)，所述B'(u)表示目标样条曲线的一阶导数，所述B'(uk)表示目标样条曲线的一阶导数在曲线参数等于uk时的取值，|*|表示向量取模；所述约束条件包括：|F(uk+1)|＜∈或k≥M；所述∈为预定误差值，所述M为预定迭代次数上限；
将迭代停止时得到的uk+1作为所述目标弧长对应的曲线参数的具体取值u～。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率之前，所述方法还包括：
使用N段样条曲线拟合出移动路径；
将所述移动路径的路径标识符，以及用于拟合所述移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在使用N段样条曲线拟合出移动路径之前，还包括:
获取图片，所述图片中的图像上具有道路。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述使用N段样条曲线拟合出移动路径包括:使用N段样条曲线拟合出形状与所述图片上的道路的形状相贴合的移动路径；
所述控制点的坐标具体为所述控制点在所述图片上的坐标。
11.一种路径规划装置，其特征在于，基于路径文件，所述路径文件包括路径标识，以及，用于拟合所述路径标识对应的移动路径的N条样条曲线的控制点的坐标；所述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，所述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一所述样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
所述装置包括：
第一获取单元，用于获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，所述物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
第二获取单元，用于获取指定时刻；
确定单元，用于基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
显示单元，用于在所述目标路径的目标位置上显示所述物体；所述目标位置为确定出的所述物体在所述指定时刻的位置。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，还包括：
拟合单元，用于使用N段样条曲线拟合出移动路径；
存储单元，用于将所述移动路径的路径标识符，以及用于拟合所述移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件。
14.一种路径规划系统，其特征在于，包括第一路径规划装置和第二路径规划装置，其中：
所述第一路径规划装置包括：
拟合单元，用于使用N段样条曲线拟合出移动路径；其中所述N段样条曲线中的第i段样条曲线的终点与第i+1段样条曲线的起点重合，所述第i段样条曲线与第i+1段样条曲线在重合点处的切线夹角为零；每一所述样条曲线的形状由控制点决定；1≤i<N,N为正整数；
存储单元，用于将所述移动路径的路径标识符，以及用于拟合所述移动路径的样条曲线对应的控制点的坐标，存储至路径文件；
所述第二路径规划装置包括：
第一获取单元，用于获取物体所在移动路径的路径标识符及移动速率，所述物体所在移动路径的路径标识符为目标路径标识符；
第二获取单元，用于获取指定时刻；
确定单元，用于基于所述目标路径标识符、移动速率、指定时刻和路径文件，确定所述物体在所述指定时刻的位置。
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