[发明专利]一种基于增强现实的帆船辅助训练路径规划方法

权利要求书

1.一种基于增强现实的帆船辅助训练路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)通过赛场环境参数采集模块获取帆船训练环境的水温、海流、浪高、水位、周期海洋气象参数，并通过固定式测风测温仪采集实时的方向和风速数据；

(2)通过帆船定位模块对帆船的实时运动状态，包括经度、纬度、速度、航行方向的数据进行收集，利用赛场环境GIS模块将帆船的运动状态动态地在电子地图上以图形的方式形象直观地显示出来；

(3)结合步骤(1)获取的环境参数，运用改进的A*算法计算出帆船前行的最佳计算路径；具体为：

将测得的风速或水流速度转换成光滑的高度虚拟场，并在格点上使用有限差分法离散化求解线性方程获得虚拟高度场h(x,y)；之后，更新格点坐标为(x,y,h)，并使用此三维坐标取代传统A*算法中的二维坐标，计算各相邻格点间的距离；

假设在位置(x_i，y_i)处所测得的风速或水流速度为v_i，帆船的航行速度为v₀，帆船重心位置为(x₀，y₀)；首先计算虚拟高度场h(x,y)，将风速水速及船速纳入考虑，使得在测速点处的速度等于高度场的负梯度方向，在此边界条件下求解以下优化问题获得光滑的虚拟高度场：

min||Δh(x,y)||²,

h(x₀,y₀)＝0；

在格点上使用有限差分法离散化上述问题求解线性方程获得虚拟高度场h(x,y)；之后，更新格点坐标为(x,y,h)，并使用此三维坐标取代传统A*算法中的二维坐标，计算各相邻格点n_i与n_j间的距离d(n_i,n_j)；最后使用格点作为结点，定义从节点n_i到n_j的有向距离d'(n_i,n_j)＝-d(n_i,n_j)sgn(h_i-h_j)，其中符号函数sgn(x)在x>0时取值1，在x<0时取值-1，在x＝0时取值0，令w'＝min_i,jd'(n_i,n_j)，更新有向图权重w(n_i,n_j)＝d'(n_i,n_j)-w'以保证各边权重为正，在获得的带权有向图上，通过指定的目标位置与当前位置，运行A*算法获得推荐路径；

(4)增强显示处理模块利用增强现实的方法将计算出的最优路径呈现在帆船运动员所佩戴的增强现实眼镜或其他相机显示一体设备上。