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Programmieren 2 Future Car Projekt. Reiner Nitsch [email protected]. Ein FutureCar (FC) ist ein autonomes fahrerloses Fahrzeug, das im Straßenverkehr selbständig fahren kann, ohne dabei mit anderen FutureCars zusammen zu stoßen. Allgemeine Vorgaben/Einschränkungen: - PowerPoint PPT Presentation
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09.10.2008 Projekt FutureCar 2
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
FutureCar-Projekt - Einführung
• Ein FutureCar (FC) ist ein autonomes fahrerloses Fahrzeug, das im Straßenverkehr selbständig fahren kann, ohne dabei mit anderen FutureCars zusammen zu stoßen.
• Allgemeine Vorgaben/Einschränkungen: • Die FCWelt soll rechteckig sein. Sie ist unterteilt in
virtuelle Parzellen (s. Abbildung). In diesen gibt es zunächst nur Strassen (' ') , Häuser ('#') und FutureCars. Alle Strassen sind zweispurig und verlaufen senkrecht zueinander. Sie werden begrenzt durch Häuser. Für den ersten Entwurf verwenden Sie die rechts abgebildete FCWelt.
• Alle FCs haben ein Kennzeichen (A bis Z) und haben eine Breite/Länge von 1 Parzelle (=Schreibstelle auf Konsole).
• FCs 1 Parzelle (=Schreibstelle auf Konsole). • Die FCs fahren parzellenweise weiter.• FCs sind mit einem Laser-Scanner ausgerüstet, der die
umgebenden Parzellen im Bereich seines Sichtfeldes abtasten und u.a. den dort festgestellten Hindernisse die Merkmale "TRAVERSABLE", "NOTTRAVERSABLE", "MOBILE" und "UNDEF" zuordnen kann.
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09.10.2008 Projekt FutureCar 3
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
FutureCar-Projekt - Einführung
• FCs verfügen über einen Autopiloten, der die Informationen des Laser-Scanners verwendet, um sich in der FCWelt zu orientieren.
• Ausser geradeaus zu fahren können FCs rechts/links Abbiegen und wenden.
• Der Autopilot jedes FC arbeitet im Modus "Blaue Reise", d.h. in jeder Parzelle wählt er aus den möglichen Fahrtrichtungswechseln zufällig einen aus.
• Um einen realistischen Verkehrsfluss zu simulieren entscheidet der Autopilot häufiger gerade aus zu fahren (falls möglich). Die Rechts-oder-Links-Entscheidung wird mit gleicher Häufigkeit getroffen ("Fahrt ins Blaue"). Gewendet wird nur bei längerem Stillstand wegen zu hoher Verkehrsdichte (Stau) und in Sackgassen.
• Für FCs gelten folgende Verkehrsregeln:– Rechtsfahrgebot– Rechts vor Links– Beim Wenden und Links-Abbiegen hat der
Gegenverkehr Vorfahrt.– Nur Parzellen ohne feste Hindernisse
(TRAVERSABLE) dürfen befahren werden.– Zusammenstöße sind natürlich verboten. Diese
Bedingung ist durch geeignete Zusicherungen mittels assert vor jeder Weiterfahrt zu überwachen.
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#D ####### ##E #### ######## ##### #
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# ## ## A #
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# ## # B #
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09.10.2008 Projekt FutureCar 4
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Allgemeine Hinweise und Empfehlungen
• Treffen Sie realitätsnahe Design-Entscheidungen Beispiele:
– Das Auto hat einen Scanner, nicht umgekehrt.– Der Fahrer (=Autopilot) trifft die Richtungsentscheidungen, ein Navi gibt nur
Empfehlungen. – Der Fahrer fährt das Auto und nicht der Scanner
• Achten Sie auf ein sorgfältiges Design.Sorgfältig designte Software
– läßt sich leicht an neue/andere Anforderungen anpassen– ist leicht skalierbar– unterstützt Wiederverwendung von Code und/oder nutzt wiederverwendbare Codeteile– gute Dokumentation Ihrer Entscheidungen und Algorithmen (Schlecht dokumentierte
Software ist fast wertlos, da sie kaum wartbar ist. Nachlässigkeiten haben Sie selbst auszubaden!)
– … (siehe Vorlesung "Objektorientierte Analyse und Design" )• Ausblicke
– selbst lenkende Linienbusse mit fest vorgegebener Fahrstrecke– selbst lenkende Limousinen, die auf kürzestem Weg zu vorgegebenen Zielen navigieren– Die optische Darstellung der Straßenkarte kann angepasst werden (z.B. █ statt # für
Gebäude oder farbige Konsole).– Ein- und Ausgabe eines kompletten Simulationsstatus mittels Dateioperationen
09.10.2008 Projekt FutureCar 5
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - class World
class World {
private:
std::string name;
int height, width;
char parcels [MAXHEIGHT][MAXWIDTH];
// oder
vector< ? > parcels;
public:
void create(const std::string& name="FC-City") ;
char getID(const Location& loc);
void setID(const Location& loc, const char& id );
}
ostream& operator<<(ostream& os, const World& w);
• Location?• Darstellung von FCWelt-Objekten wird sich
wahrscheinlich ändern. Neue Objekte (z.B. Bäume) können hinzu kommen. Konsequenzen für Entwurf?
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09.10.2008 Projekt FutureCar 6
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - class World - Testanwendung
#include "ID.h";typedef char Ikon;int main() { World world; world.create("FC-City"); cout << world << endl; cout << "Testsuite for class World\n"; cout << "\tWorld::getwidth\t" << (world.getWidth()==40 ? "PASSED":"FAILED") << endl; cout << "\tWorld::getHeight\t" << (world.getHeight()==33 ? "PASSED":"FAILED") << endl; cout << "\tWorld::getID\t" << ( ( world.getID(Location( 3, 3)==Ikon('#') && world.getID(Location(-1,-1)==Ikon('#') && world.getID(Location(50,50)==Ikon('#') ) ? "PASSED" : "FAILED") << endl; world.setID(Location(1,1), ID('Z')); cout << "\tWorld::setID\t" << (world.getID(Location(1,1))==Ikon('Z') ? "PASSED":"FAILED") << endl; return 0;
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09.10.2008 Projekt FutureCar 7
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - Scanner
• Scanner haben ein begrenztes Sichtfeld (Fielf of view)• Scanner haben eine begrenzte Entfernungsauflösung• Scanner tasten ihre Umgebung nach Objekten ab• Scanner identifizieren die gefundenen Objekte (Strasse, Haus,
Fahrzeugkennzeichen, …)• Scanner für Fahrzeuge können für die gefundenen Objekte Merkmale (Traits)
extrahieren (TRAVERSABLE, NONTRAVERSABLE, MOBILE, … )
09.10.2008 Projekt FutureCar 8
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - class Scanner
Codierung der Richtung
A
N=0
E=90
S=180
W=270
Wie kann man - rechts abbiegen- links abbiegen kodieren?
enum Direction { N=0, E=90, S=180, W=270, UNKNOWN=-1 };
Sichtfeldadrressierung für alle 4 Fahrtrichtungen
10 32 4
65 87 9
1110 1312 14
1615 1817 19
Nord
10
32
4
65
87
9
11
10
13
12
14
16
15
18
17
19
Ost
1 03 24
6 58 79
11 1013 1214
16 1518 1719
Süd
10
32
4
65
87
9
11
10
13
12
14
16
15
18
17
19
West
Implementierung des Sichtfelds?
Implementierung scanForID?
09.10.2008 Projekt FutureCar 9
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - class Scanner - Implementation
ID Scanner::scanForID(…) {switch (dir) {case N: switch(fieldOfView) { case 0: return world.getID[loc.x-2, loc.y-2]; case 1: return world.getID[loc.x-1, loc.y-2]; … }case E: switch(fieldOfView) { case 0: return world.getID[loc.x+2, loc.y-2]; case 1: return world.getID[loc.x-2, loc.y-1]; …case S: …}
10 32 4
65 87 9
1110 1312 14
1615 1817 19
Nord
10
32
4
65
87
9
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10
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12
14
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Ost
09.10.2008 Projekt FutureCar 10
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - class Scanner - Testanwendung
World world;void main(){ world.create("testUnit_Scanner"); Scanner sc; bool passed = true; for(int fieldOfView =0; fieldOfView<20; ++ fieldOfView)
if( sc.scanForID(fieldOfView, N, Location( 5, 3)).getIkon() != char('A'+ fieldOfView) ) passed=false; for(int fieldOfView =0; fieldOfView <20; ++ fieldOfView) if( sc. scanForID(fieldOfView, W, Location(14,3)).getIkon() != char('A'+ fieldOfView)) passed=false; for(int fieldOfView =0; fieldOfView <20; ++ fieldOfView) if( sc. scanForID(fieldOfView, E, Location(20,3)).getIkon() != char('A'+ fieldOfView)) passed=false; for(int fieldOfView =0; fieldOfView <20; ++ fieldOfView) if( sc. scanForID(fieldOfView, S, Location(28,2)).getIkon() != char('A'+ fieldOfView)) passed=false; cout << "\tScanner:: scanForID \t\t" << ( passed ? "PASSED" : "FAILED: FieldOfView addressing error" ) << endl;, bool isThrownException = false; try { sc. scanForID ( 21, S, Location(28,2)).getIkon(); } catch (const std::out_of_range&) { isThrownException=true; } cout << "\tScanner:: scanForID \t\t" << (isThrownException ? "PASSED" : "FAILED: Exception not thrown") << endl;}
Fahrtrichtung FC-Ort
######################################### ABCDE EJOT PKFA TSRQP ## FGHIJ DINS QLGB ONMLK ## KLMNO CHMR RMHC JIHGF ## PQRST BGLQ SNID EDCBA ## AFKP TOJE ## #########################################
09.10.2008 Projekt FutureCar 11
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Prinzip des kleinsten Wissens
Principle of Least Knowledge – talk only to your immediate friends!
Begründung: Im obigen Test-Programm findet man öfter die Anweisung
sc.scanForID( fieldOfViewNo, N, Location(x,y)).getIkon();
(a.k.a. Law of Demeter or "use only one dot" rule )
Nachteil: Nutzer des Scanners (z.B. Klasse AutoPilot) müssen auch die Schnittstelle der ID-Klasse kennen.
Besser: Scanner-Schnittstelle erweitern um
sc.scanForIkon( fieldOfViewNo, N, Location(x,y));
Nur noch 1 dot-Operator!
09.10.2008 Projekt FutureCar 12
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - FutureCars
• Objekte dieser Klasse kennen • ihre aktuelle Position der FCWelt (loc), • ihre aktuelle Fahrtrichtung (dir) und natürlich • ihr Kennzeichen (id), d.h. das Symbol, mit dem sie
in der FCWelt dargestellt sind
09.10.2008 Projekt FutureCar 13
FB InformatikProf. Dr. R.Nitsch
Praktikum 1 - class FutureCar - Testanwendung (Auszug)
World world; // Globales Objekt (hier sinnvoll)void main(void) { world.create(""); char c; FCCompact fc(ID('A'), Location(2,1), W); cout << world; while(true) { fc.step(); cout << world; fc.setDir(S); for( int i=0; i< 7; ++i) { fc.step(); cout << world; } fc.setDir(E); for( int i=0; i<10; ++i) { fc.step(); cout << world; } fc.setDir(N); for( int i=0; i< 7; ++i) { fc.step(); cout << world; } fc.setDir(W); for( int i=0; i< 9; ++i) { fc.step(); cout << world; } if(_kbhit()) { // Checks the console for keyboard input (include <conio.h>) // more: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/58w7c94c(VS.80).aspx c = _getch(); // Gets a character from the console without echo // http://msdn.microsoft.com/en-us/library/078sfkak(VS.80).aspx break; // beendet Endlosschleife } } // END while(true)}
1 Parzelle nach West
ab jetzt Richtung Süd7 Parzellen nach Süd
ab jetzt Richtung Ost10 Parzellen nach Ost
ab jetzt Richtung Nord7 Parzellen nach Nord
ab jetzt Richtung West
9 Parzellen nach NordWenn zwischenzeitlicheine bel. Taste gedrücktwurde …… hole das Zeichen vomEingabepuffer