大規模室內環境的高效和穩健探索

Centrala begrepp

提出一種基於NeRF的主動映射系統,通過從持續更新的神經映射中提取廣義Voronoi圖(GVG),實現了幾何、外觀、拓撲和不確定性的協同集成,從而實現了大規模室內環境的高效和穩健探索。

Sammanfattning

本文提出了一種基於NeRF的主動映射系統,能夠有效和穩健地探索大規模室內環境。該方法的關鍵在於從持續更新的神經映射中提取廣義Voronoi圖(GVG),實現了幾何、外觀、拓撲和不確定性的協同集成。將神經映射中的不確定區域與Voronoi頂點相關聯,使探索能夠沿著安全路徑有效地遍歷未知區域。利用現代混合NeRF表示,該系統在重建精度、覆蓋完整性和探索效率方面都取得了競爭性的結果,即使在擴展到大型室內環境時也是如此。在不同規模的環境中進行的大量實驗驗證了該系統的有效性。

Statistik

在Gibson-Cantwell場景中,隨機選擇Voronoi頂點的完成率為64.78%,而我們的方法達到了91.46%的完成率。
在MP3D-Z6MFQ場景(22個房間)中,我們的方法實現了90.97%的完成率。
在MP3D-q9vSo場景(22個房間)中,我們的方法實現了92.93%的完成率。

Citat

"探索是在未知環境中移動並構建地圖以供後續導航的行為。"
"隱式神經表示在收斂速度、可解釋性和缺乏明確結構信息方面存在挑戰。"
"我們提出從神經映射中提取廣義Voronoi圖(GVG)來組織不同粒度的信息。"

Viktiga insikter från

Active Neural Mapping at Scale

by Zijia Kuang,... på arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.20276.pdf

Djupare frågor

如何進一步利用環境的語義信息和物體之間的關係,以提高探索和重建的效率和準確性?

在進一步利用環境的語義信息和物體之間的關係以提高探索和重建的效率和準確性方面，可以考慮以下幾個策略：

語義分割與標註：通過對環境進行語義分割，識別出不同的物體類別（如牆壁、家具、門等），可以幫助系統更好地理解環境的結構。這樣的語義信息可以用來指導探索過程，優先考慮那些具有高信息增益的區域。

物體關係建模：建立物體之間的關係模型，例如相對位置、相互遮擋和相互作用，可以幫助系統在探索時做出更明智的決策。這些關係可以用於生成更有效的路徑規劃，避免不必要的碰撞和重複探索。

結合結構化信息：將語義信息與結構化的Voronoi圖結合，能夠在探索過程中提供更高層次的導航指導。這樣的結合不僅能提高探索的效率，還能在重建過程中提供更準確的幾何和外觀信息。

增強學習策略：利用增強學習算法，根據環境的語義信息和物體關係來訓練智能體，使其能夠在探索過程中自動調整策略，從而提高探索的效率和重建的準確性。

當面對複雜的遮擋和狹窄通道時,如何在探索效率和重建精度之間達到更好的平衡?

在面對複雜的遮擋和狹窄通道時，達到探索效率和重建精度之間的平衡可以通過以下幾種方法：

局部與全局視野結合：在狹窄通道中，系統可以優先考慮局部視野的細節，確保在接近障礙物時能夠獲取足夠的幾何信息。同時，保持全局視野的更新，以便在通道外的區域進行有效的探索。

動態調整探索策略：根據當前環境的複雜性，動態調整探索策略。例如，在遇到遮擋時，可以選擇更小的步伐進行探索，並在每次移動後進行詳細的重建，以確保不漏掉重要的幾何細節。

不確定性量化：通過量化不確定性，系統可以識別出哪些區域需要更多的觀察和重建。這樣可以在探索過程中優先考慮那些不確定性較高的區域，從而提高重建的精度。

多次觀察與融合：在狹窄通道中，進行多次觀察並融合不同時間點的數據，可以有效減少因遮擋造成的信息損失。這種方法能夠提高重建的完整性和準確性。

該方法是否可以擴展到多機器人協作的場景,以加快大規模環境的探索和重建?

該方法確實可以擴展到多機器人協作的場景，以加快大規模環境的探索和重建，具體可以通過以下方式實現：

協同規劃：多機器人可以共享Voronoi圖和神經地圖的信息，協同規劃探索路徑。這樣可以避免重複探索相同的區域，提高整體的探索效率。

任務分配：根據每個機器人的能力和當前位置，動態分配探索任務。例如，某些機器人可以專注於探索狹窄通道，而其他機器人則可以負責開放區域的重建。

信息共享與融合：多機器人之間可以實時共享觀察到的數據和重建結果，通過信息融合技術，提升整體的環境理解和重建精度。

增強學習與策略優化：利用增強學習算法，訓練多機器人協作的策略，使其能夠根據環境的變化自動調整行為，從而在大規模環境中實現更高效的探索和重建。

通過這些方法，該系統能夠在多機器人協作的場景中發揮更大的潛力，顯著提高探索和重建的效率。