使用Matlab构建二维栅格地图

常使用的地图一般有以下几种:

• 尺度地图：具有真实的物理尺寸，如栅格地图、特征地图、点云地图、常用于地图构建、定位、SLAM、小规模路径规划
• 拓扑地图：不具备真实的物理尺寸，只表示不同地点的连通关系和举例，如铁路网
• 语义地图：加标签的尺度地图，常用于人机交互

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我们在进行一些算法研究的时候通常使用的都是栅格地图：

栅格地图用于路径规划的优势：

• 可以将任意形状轮廓的地图，用足够精细的栅格进行绘制；
• 每一个栅格，可以通过不同颜色表征不同含义，如黑色代表障碍物、黄色代表起点、红色代表终点。
• 基于栅格地图进行路径规划有横、纵、斜三个规划方向，对于室内低速机器人可以完全按照规划路径行走；对于中高速机器人，可以考虑将规划路径进行平滑处理，以适用于非完全约束系统。

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使用Matlab绘制栅格地图的几个常用函数及思想：

为了在栅格地图呈现随机障碍物的效果，可以设障碍物出现频率数值，根据该数据在所有栅格中生成随机数，从而确定障碍物栅格。

• colormap:为栅格地图创建自定义颜色。如黄色栅格代表起点、红色栅格代表终点、黑色栅格代表障碍物。

• sub2id:将行列索引转为线性索引。对于右图栅格地图，10行10列，行从左上角自上而下排序，列从左上角自左而右排序。相反ind2sub则将线性索引转为行列索引。

• image:利用colormap建立的颜色图，将数组信息显示为图像。

  image(x,y,C) 指定图像位置。使用 x 和 y 可指定与 C(1,1) 和 C(m,n) 对应的边角的位置。要同时指定两个边角，请将 x 和 y 设置为二元素向量。要指定第一个边角并让 image 确定另一个，请将 x 和 y 设为标量值。图像将根据需要进行拉伸和定向。

  

• randi: X = randi([imin,imax],n,m) 生成一个值在imin和imax之间的n行m列的均匀分布的整数矩阵

  >> randi([1,10], 5,5)
  
  ans =
  
       8    10     9     4     4
       3     6     3     2     9
       6     2     9     3     6
       7     2     3     7     6
       9     3    10     5    10
  
  >> 
  

源代码：

clc;
clear;
close all;


%% 构建颜色MAP图
% n行3列，3列表示颜色
% 构建地图的过程中需要多少中颜色就定义多少行
cmap = [1 1 1; ...       % 1-白色-空地: 白色的代表数字是1，我们让它表示空地
    0 0 0; ...           % 2-黑色-静态障碍
    1 0 0; ...           % 3-红色-动态障碍
    1 1 0;...            % 4-黄色-起始点 
    1 0 1;...            % 5-品红-目标点
    0 1 0; ...           % 6-绿色-到目标点的规划路径   
    0 1 1];              % 7-青色-动态规划的路径

% 构建颜色MAP图
colormap(cmap);

%% 构建栅格地图场景
rows = 10;  % 行数
cols = 15;  % 列数

% 定义栅格地图全域，并初始化空白区域, 因为数字全部都是1（我们定义了白色表示空地）
field = ones(rows,cols);

% 障碍物
obsRate = 0.3; % 障碍物出现的频率
obsNum = floor(rows*cols*obsRate);  % 障碍物的个数
obsIndex = randi([1,rows*cols],obsNum,1); % 生成所有障碍物的索引（注意是一维索引）
field(obsIndex) = 2;  % 将生成的位置的值设为2表示静态障碍

% 定义起点和终点（之所以放在生成障碍物后面，是为了防止随机生成的障碍物把起点或者终点覆盖）
startPos = 3;
goalPos = rows*cols - 3;
field(startPos) = 4;  % 将起始点设置为4，黄色
field(goalPos) = 5;   % 将终点设置为5，品红色

%% 根据cmap和field矩阵绘制栅格图
image(1.5,1.5,field);  % 如果我们之前没有构建颜色map图，那么1个数值就直接表示1个像素的颜色值
grid on;  % 开启网格线
set(gca,'gridline','-','gridcolor','k','linewidth',2,'GridAlpha',0.5); % 将网格改成实线，颜色改成黑色，线宽为2，透明度为0.5
set(gca,'xtick',1:cols+1,'ytick',1:rows+1);  % 设置坐标的刻度
axis image; % 	沿每个坐标区使用相同的数据单位长度，并使坐标区框紧密围绕数据。

运行结果：