CN111812674B - 激光雷达仿真方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光雷达仿真方法及装置，道路模型包括模型边界和位于模型边界外部的加载边界，该方法包括：当目标车辆的视野与加载边界碰撞时，建立道路网格数据的索引，其中，索引是用于管理网格的数据结构；在建立了索引之后，更新道路模型中的道路信息。道路模型还包括位于加载边界外部的消失边界，当目标车辆的视野离开消失边界时，删除模型边界中的道路。上述技术方案，至少能够能够避免激光雷达在道路更新时出现的卡顿现象；以及通过增加消失边界可以避免发生道路频繁更新的情况。
Description
技术领域
本发明涉及智能驾驶仿真技术领域，更具体地，涉及一种激光雷达仿真方法及装置。
背景技术
激光雷达是目前智能驾驶领域最关键的传感器之一，因此也是智能驾驶仿真领域不可或缺的功能。激光雷达仿真软件的核心算法是激光碰撞算法(Ray ShootingAlgorithm,RSA)，激光碰撞算法通常会在GPU(图形处理器)上进行运算。在实现RSA时，由于穷举遍历法的运算量极大，所以实际中通常是通过预先建立某种数据结构作为索引，来对场景中的所有网格进行管理，从而降低碰撞点检测数目、提高RSA的运行速度。常用的数据索引结构包括KD树(KD-Tree)、层次包围盒(Bounding Volume Hierarchy，BVH)、均匀网格(Uniform Grid，UG)等。
另外，地图解析及加载是智能驾驶仿真领域不可或缺的步骤。然而当地图信息量十分巨大时，一次性将所有道路信息全部加载至内存中，是十分低效的。因此，目前的技术使用道路流式加载方案，即仅加载目标车辆附近的道路信息。
在现有的RSA中，网格的数据索引的建立时间通常是与网格的检索效率呈正相关。对于道路流式加载的场景，道路信息时刻都可能发生变化，因此必须在每次道路更新时重新建立道路数据索引。但是由于数据索引的建立时间较长，这使得激光雷达仿真结果在道路更新的时刻会出现明显的卡顿，因此不得不牺牲激光对道路网格的检索效率，以降低数据索引的建立时间。由于道路并非是预设模型，也无法通过提前建立局部坐标系下的数据索引的方式，来提高检索效率。因此，需要一种改进的用于道路更新的激光雷达仿真方法。
发明内容
针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种激光雷达仿真方法及装置，能够避免激光雷达在道路更新时出现的卡顿现象。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种激光雷达仿真方法，道路模型包括模型边界和位于模型边界外部的加载边界，激光雷达仿真方法包括：
当目标车辆的视野与加载边界碰撞时，建立独立于GPU的新线程并在新线程中建立道路网格数据的索引；
在建立了索引之后，重新加载模型边界中的道路，其中，索引是用于管理网格的数据结构。
根据本发明的实施例，道路模型还包括位于加载边界外部的消失边界，激光雷达仿真方法还包括：当目标车辆的视野离开消失边界时，删除模型边界中的道路。
根据本发明的实施例，加载边界与模型边界之间的距离为缓冲距离，缓冲距离满足以下公式：缓冲距离＝目标车辆的最高车速*模型加载时间*安全阈值，其中，模型加载时间表示从目标车辆的视野与加载边界碰撞时到索引建立完成时的时间，安全阈值为常数。
根据本发明的实施例，消失边界与加载边界之间的距离为防抖距离，其中，目标车辆的抖动距离小于防抖距离。
根据本发明的实施例，建立独立于GPU的新线程包括：将索引的建立过程放到CPU的一个新线程中，其中，CPU与GPU同步运行。
根据本发明的一个方面，提供了一种激光雷达仿真装置，道路模型包括模型边界和位于模型边界外部的加载边界，激光雷达仿真装置包括：
索引建立模块，用于当目标车辆的视野与加载边界碰撞时，建立独立于GPU的新线程并在新线程中建立道路网格数据的索引；
加载模块，用于在建立了索引之后，重新加载模型边界中的道路，其中，索引是用于管理网格的数据结构。
根据本发明的实施例，道路模型还包括位于加载边界外部的消失边界，激光雷达仿真装置还包括：删除模块，用于当目标车辆的视野离开消失边界时，删除模型边界中的道路。
根据本发明的实施例，加载边界与模型边界之间的距离为缓冲距离，缓冲距离满足以下公式：缓冲距离＝目标车辆的最高车速*模型加载时间*安全阈值，其中，模型加载时间表示从目标车辆的视野与加载边界碰撞时到索引建立完成时的时间，安全阈值为常数。
根据本发明的实施例，消失边界与加载边界之间的距离为防抖距离，其中，目标车辆的抖动距离小于防抖距离。
根据本发明的实施例，索引建立模块为CPU，建立独立于GPU的新线程包括，将索引的建立过程放到CPU的一个新线程中，其中，CPU与GPU同步运行。
本发明的上述技术方案，通过设置加载边界并形成加载边界与模型边界之间的距离，来提供建立道路网格索引可用的时间。并且，道路预加载可以将道路索引数据结构的建立移至一个独立于GPU的新线程中，能够不影响GPU主线程的激光雷达仿真结果、更充分的利用GPU的算力，从而避免了激光雷达仿真结果在道路更新的时刻出现明显的卡顿；
通过在加载边界外部增加消失边界，使得道路可以进一步按照消失边界进行删除，当车辆的抖动距离小于消失边界与加载边界之间的防抖距离时，可以避免道路频繁更新的情况，防抖功能避免了车辆在道路边界频繁运动所造成的CPU负荷过大；
因此，可以充分利用GPU与CPU的算力，提高激光雷达仿真软件的刷新帧率。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的激光雷达仿真方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的道路模型及其三条边界的示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的激光雷达仿真方法的流程图；
图4是根据本发明实施例的激光雷达仿真装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例提供了一种激光雷达仿真方法。图1是根据本发明实施例的激光雷达仿真方法的流程图。图2是根据本发明实施例的道路模型及其三条边界的示意图。结合图1和图2所示来说明本发明的激光雷达仿真方法。如图1和图2所示，道路模型包括模型边界和位于模型边界外部的加载边界，图中粗曲线S代表某条道路；外侧实线L1代表模型边界；点划线代表L2加载边界。并且激光雷达仿真方法包括以下步骤：
S12，当目标车辆的视野与加载边界L2碰撞时，建立独立于GPU的新线程并在新线程中建立道路网格数据的索引。
S14，在建立了索引之后，重新加载模型边界中的道路，其中，索引是用于管理网格的数据结构。
道路加载和道路消失都属于数据道路模型更新，都需要重新建立道路网格数据的索引。当道路加载时，由于加载边界L2要远于模型边界L1，因此道路会在被目标车辆实际觉察到之前便进行加载，而加载前后的道路模型在目标车辆的可觉察范围内是完全一致的。此时，即使新的道路索引数据还没有建立完毕，使用原道路索引数据，仍可获得正确的激光雷达仿真结果。因此可以通过设置加载边界L2并形成加载边界L2与模型边界L1之间的距离，来提供建立道路网格索引可用的时间。并且，道路预加载可以将道路索引数据结构的建立移至一个独立于GPU的新线程中，能够不影响GPU主线程的激光雷达仿真结果、更充分的利用GPU的算力，从而避免了激光雷达仿真结果在道路更新的时刻出现明显的卡顿。
根据本发明的实施例，所述CPU与所述GPU可以同步运行，因此可以将新道路索引建立过程放到CPU的一个新线程中，当索引建立完毕后，再对原道路数据进行加载更新。
加载边界L2与模型边界L1之间的距离为缓冲距离，缓冲距离越大，CPU中建立道路网格索引时可用的时间就越长。缓冲距离满足以下公式：
缓冲距离＝目标车辆的最高车速*模型加载时间*安全阈值。
其中，模型加载时间表示从目标车辆的视野与加载边界L2碰撞时到索引建立完成时的时间，安全阈值为常数。其中，安全阈值的取值范围可以在1-2的范围内。更具体的，在最高车速和加载时间预估比较准确的情况下，安全阈值的取值可以接近1，否则安全阈值的取值接近2。
再次参考图2所示，根据本发明的实施例道路模型还包括位于加载边界L2外部的消失边界，其中虚线L3代表消失边界。图3示出了本发明另一个实施例的激光雷达仿真方法的流程图，其中，道路模型包括加载边界L2和消失边界L3。在图3所示的实施例中，激光雷达仿真方法还可以包括步骤S16，在S16处，当目标车辆的视野离开消失边界L3时，删除模型边界L1中的道路。
在一个实例中，目标车辆可以通过传感设备来获取与该目标车辆的视野相关的数据，传感设备可以是激光雷达。在一个实例中，参考图2所示，例如目标车辆在向前行驶过程中，当获取的目标车辆的视野碰撞到加载边界L2时，由于激光雷达的探测距离较远，此时加载边界L2相对应的前方道路还未被目标车辆实际觉察，这时在模型边界中L1开始加载相应的前方道路，从而使得在向前行驶过程中前方道路可以在未被目标车辆实际觉察到时进行加载。与按照加载边界L2加载道路类似的，在一个实例中，例如目标车辆在倒车过程中，当获取的目标车辆的视野离开消失边界L3时，则按照消失边界L3从模型边界L1中删除相应的道路。
如果只有加载边界L2，那么当目标车辆在加载边界L2附近频繁晃动时，会出现道路信息频繁更新，从而使CPU负载过大。因此，通过在加载边界L2外围再增加一个消失边界L3，道路可以按照加载边界L2进行加载并且按照消失边界L3进行删除。消失边界L3与加载边界L2之间的距离称为防抖距离，只要车辆的抖动距离小于防抖距离，那么就不会出现道路频繁更新的情况。防抖距离的选取没有缓冲距离严格，实际应用中可以选择为防抖距离＝缓冲距离。在其他实施例中，也可以对防抖距离和缓冲距离进行任何适当的配置。
综上所述，本发明的激光雷达仿真算法，通过定义道路模型的三条边界L1、L2、L3，能够有效的实现了道路的预加载与防抖两项功能。道路预加载可以将道路索引数据的建立移至CPU子线程，同时不影响主线程的激光雷达仿真结果，从而避免了激光雷达仿真结果在道路更新的时刻出现明显的卡顿。防抖功能避免了车辆在道路边界频繁运动所造成的CPU负荷过大。该方法可以充分利用GPU与CPU的算力，提高激光雷达仿真软件的刷新帧率。
根据本发明的一个方面还提供了一种激光雷达仿真装置。激光雷达仿真装置可用于执行上述的激光雷达仿真方法。图4是根据本发明实施例的激光雷达仿真装置400的框图。结合图2和图4所示，道路模型包括模型边界和位于模型边界外部的加载边界，激光雷达仿真装置400可以包括索引建立模块402和加载模块404。索引建立模块402可以用于当目标车辆的视野与加载边界碰撞时，建立独立于GPU的新线程并在新线程中建立道路网格数据的索引。加载模块404可以用于在建立了索引之后，重新加载模型边界中的道路，其中，索引是用于管理网格的数据结构。
根据本发明的实施例，索引建立模块402为CPU，其中，建立独立于GPU的新线程包括：将索引的建立过程放到CPU的一个新线程中，其中，CPU与GPU同步运行。
继续结合图2和图4所示，道路模型还可以包括位于加载边界外部的消失边界。激光雷达仿真装置400还包括删除模块406，删除模块406可以用于当目标车辆的视野离开消失边界时，删除模型边界中的道路。
其中，加载边界与模型边界之间的距离为缓冲距离，缓冲距离满足以下公式：缓冲距离＝目标车辆的最高车速*模型加载时间*安全阈值，其中，模型加载时间表示从目标车辆的视野与加载边界碰撞时到索引建立完成时的时间，安全阈值为常数。
根据本发明的实施例，消失边界与加载边界之间的距离为防抖距离，其中，目标车辆的抖动距离小于防抖距离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光雷达仿真方法，其特征在于，道路模型包括模型边界和位于所述模型边界外部的加载边界，所述激光雷达仿真方法包括：
当目标车辆的视野与所述加载边界碰撞时，建立独立于GPU的新线程并在所述新线程中建立道路网格数据的索引；
在建立了所述索引之后，重新加载所述模型边界中的道路，其中，所述索引是用于管理网格的数据结构。
2.根据权利要求1所述的激光雷达仿真方法，其特征在于，所述道路模型还包括位于所述加载边界外部的消失边界，所述激光雷达仿真方法还包括：
当所述目标车辆的视野离开所述消失边界时，删除所述模型边界中的道路。
3.根据权利要求1所述的激光雷达仿真方法，其特征在于，所述加载边界与所述模型边界之间的距离为缓冲距离，所述缓冲距离满足以下公式：
缓冲距离＝目标车辆的最高车速*模型加载时间*安全阈值，
其中，所述模型加载时间表示从所述目标车辆的视野与所述加载边界碰撞时到所述索引建立完成时的时间，所述安全阈值为常数。
4.根据权利要求2所述的激光雷达仿真方法，其特征在于，所述消失边界与所述加载边界之间的距离为防抖距离，其中，所述目标车辆的抖动距离小于所述防抖距离，不会出现道路频繁更新的情况。
5.根据权利要求1-4任一项所述的激光雷达仿真方法，其特征在于，建立独立于GPU的新线程包括：
将所述索引的建立过程放到CPU的一个新线程中，其中，所述CPU与所述GPU同步运行。
6.一种激光雷达仿真装置，其特征在于，道路模型包括模型边界和位于所述模型边界外部的加载边界，所述激光雷达仿真装置包括：
索引建立模块，用于当目标车辆的视野与所述加载边界碰撞时，建立独立于GPU的新线程并在所述新线程中建立道路网格数据的索引；
加载模块，用于在建立了所述索引之后，重新加载所述模型边界中的道路，其中，所述索引是用于管理网格的数据结构。
7.根据权利要求6所述的激光雷达仿真装置，其特征在于，所述道路模型还包括位于所述加载边界外部的消失边界，所述激光雷达仿真装置还包括：
删除模块，用于当所述目标车辆的视野离开所述消失边界时，删除所述模型边界中的道路。
8.根据权利要求6所述的激光雷达仿真装置，其特征在于，所述加载边界与所述模型边界之间的距离为缓冲距离，所述缓冲距离满足以下公式：
缓冲距离＝目标车辆的最高车速*模型加载时间*安全阈值，
其中，所述模型加载时间表示从所述目标车辆的视野与所述加载边界碰撞时到所述索引建立完成时的时间，所述安全阈值为常数。
9.根据权利要求7所述的激光雷达仿真装置，其特征在于，所述消失边界与所述加载边界之间的距离为防抖距离，其中，所述目标车辆的抖动距离小于所述防抖距离，不会出现道路频繁更新的情况。
10.根据权利要求6所述的激光雷达仿真装置，其特征在于，所述索引建立模块为CPU，所述建立独立于GPU的新线程包括，将所述索引的建立过程放到CPU的一个新线程中，其中，所述CPU与所述GPU同步运行。
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