7-地图和导航 - 技术栈

1 地图

地图既包括城镇的3D模型，也包括城镇的道路定义。地图的道路定义基于Opendrive文件，这是一种标准化的、带注释的道路定义格式。opdrive标准1.4定义道路、车道、路口等的方式决定了Python API的功能和决策背后的推理。

Python API充当了一个高级查询系统来导航这些路径。它不断发展，以提供更广泛的工具集。

1.1 改变地图

要改变地图，世界也必须改变。仿真将从头开始重新创建。你可以在一个新的世界中重新开始相同的地图，或者你可以同时改变地图和世界:

reload_world()用相同的地图创建一个新的世界实例。

load_world()改变当前的地图并创建一个新的世界。

world = client.load_world('Town01')

每个地图都有一个与当前加载城市的名称相匹配的名称属性，例如Town01。要获取可用地图的列表:

print(client.get_available_maps())

1.2 地标

OpenDRIVE文件中定义的交通标志被转换为CARLA，作为可以从API查询的地标对象。以下方法和类可用于操纵和处理地标对象：

**carla.Landmark**表示OpenDRIVE信号。该类的属性和方法描述了地标及其影响区域。

carla.LandmarkOrientation表示地标相对于道路几何定义的方向。

carla.LandmarkType包含常见的地标类型，以便于转换为OpenDRIVE类型。

**carla.Waypoint**可以获取位于其前方一定距离处的地标。可以指定要获取的地标类型。

**carla.Map**检索地标集。它可以返回地图中的所有地标，或具有共同ID、类型或组的地标。

**carla.World**充当着地标和carla.TrafficSign之间的中介。

my_waypoint.get_landmarks(200.0,True)

1.3 路点

carla.Waypoint是CARLA世界中的一个3d定向点，对应于opdrive车道。所有与路点相关的事情都发生在客户端;与服务器的通信只需要一次，就可以获得包含路点信息的地图对象。

每个路点包含一个carla.Transform表示它在地图上的位置以及包含它的车道的方向。road_id、section_id、lane_id、s分别对应opdrive的道路。路径点的id由这四个值的哈希组合构造而成。

注：同一道路内距离小于2cm的路点共享相同的id。

路点保存着包含它的车道的信息。这些信息包括车道的左右车道标记、一个布尔值(用于确定它是否在交叉路口内)、车道类型、宽度和换道权限。

# Access lane information from a waypoint
inside_junction = waypoint.is_junction()
width = waypoint.lane_width
right_lm_color = waypoint.right_lane_marking.color

1.4 车道

OpenDRIVE标准1.4（OpenDRIVE standard 1.4）定义的车道类型在carla中转换为API，LaneType是一系列枚举值。

车道周围的车道标记可通过carla.LaneMarking获取。车道标记由一系列变量定义：

颜色：carla.LaneMarkingColor是定义标记颜色的枚举值。

莱恩：carla.LaneChange表示车道是否允许左转、右转、同时可以左右转或不允许转弯。

类型：carla.LaneMarkingType是根据OpenDRIVE标准定义标记类型的枚举值。

宽度（width ）：定义车道标记的宽度。

以下示例显示了如何获取特定路点的车道类型、车道标记和变道许可的信息：

# Get the lane type of the waypoint
lane_type = waypoint.lane_type

# Get the type of lane marking on the left.
left_lanemarking_type = waypoint.left_lane_marking.type()

# Get available lane changes for this waypoint.
lane_change = waypoint.lane_change

1.5 路口

carla.Junction表示OpenDRIVE连接。此类包含一个带有边界框的交叉口，用于标识其中的车道或车辆。

carla.Junction类包含get_waypoints方法，该方法为Junction内的每条车道返回一对路点。每对都位于连接边界的起点和终点。

waypoints_junc = my_junction.get_waypoints()

1.6 环境对象

CARLA地图上的每个对象都有一组相关变量，可以在这里找到here。这些变量中包含一个唯一的ID(unique ID)，可用于切换(toggle)该对象在地图上的可见性。您可以使用Python API根据每个环境对象的语义标记(semantic tag)获取(fetch)它们的ID：

    # Get the buildings in the world
    world = client.get_world()
    env_objs = world.get_environment_objects(carla.CityObjectLabel.Buildings)

    # Access individual building IDs and save in a set
    building_01 = env_objs[0]
    building_02 = env_objs[1]
    objects_to_toggle = {building_01.id, building_02.id}

    # Toggle buildings off
    world.enable_environment_objects(objects_to_toggle, False)
    # Toggle buildings on
    world.enable_environment_objects(objects_to_toggle, True)

2 导航

CARLA中的导航通过Waypoint API管理（carla.Waypoint和carla.Map）

客户端必须首先与服务器通信，以检索包含路点信息的地图对象。

2.1 通过路点导航

Waypoint API公开了一些方法，这些方法允许路点相互连接，并沿着道路构建一条道路供车辆导航:

next(d)在车道方向的近似距离d内创建一个路点列表。该列表为根据距离d设置一个路点。

previous(d)创建了一个路点列表，路点位于车道的相反方向上的近似距离d内。

Next_until_lane_end (d)和previous_until_lane_start(d)返回间隔为d的路点列表。这些列表分别从当前路点到路的起点和终点。

get_right_lane()和get_left_lane()返回相邻车道(如果存在)中的等效路点。通过找到右/左车道上的下一个路点并移动到该路点，可以进行变道操作。

# Find next waypoint 2 meters ahead.
waypoint = waypoint.next(2.0)

2.2 生成地图导航

客户端需要向服务端发出请求以获取.xodr地图文件并将其解析为carla.Map对象。这只需要做一次。

获取map对象:

map = world.get_map()

地图对象包含用于创建车辆的推荐生成点。你可以得到这些生成点的列表，每个生成点都包含一个carla.Transform，使用以下方法进行转换。注意：生成点可能已经被占用，由于碰撞导致车辆创建失败。

spawn_points = world.get_map().get_spawn_points()

可以通过在地图的OpenDRIVE定义中获取（getting）距离特定位置或特定road_id、lane_id和s值最近的路点来开始使用路点：

# Nearest waypoint in the center of a Driving or Sidewalk lane.
waypoint01 = map.get_waypoint(vehicle.get_location(),project_to_road=True, lane_type=(carla.LaneType.Driving | carla.LaneType.Sidewalk))

#Nearest waypoint but specifying OpenDRIVE parameters. 
waypoint02 = map.get_waypoint_xodr(road_id,lane_id,s)

下面的示例展示了如何生成一组路点来可视化城市车道。这将在地图上为每条道路和车道创建路点，路点之间的距离大约是2米。

waypoint_list = map.generate_waypoints(2.0)

要生成道路拓扑的缩略图，请使用以下示例。这将返回路点对（元组）的列表。每对中的第一个元素与第二个元素连接，两者都定义了地图中每条车道的起点和终点。有关此方法的更多信息，请参阅PythonAPI。

waypoint_tuple_list = map.get_topology()

下面的示例**将carla.Transform**转换为carla形式的地理经纬度坐标:

my_geolocation = map.transform_to_geolocation(vehicle.transform)

使用以下示例以OpenDRIVE格式将道路信息保存到磁盘：

info_map = map.to_opendrive()

3 carla地图

CARLA生态中有八个城镇，每个城镇都有两种地图，非图层和图层两种。图层是指地图中的分组对象，具体可参阅Layers。

3.1 无图层地图

下表显示了无图层地图（单击城镇名称可以查看地图的俯视图）。所有图层始终存在，在这些地图中无法单独打开或关闭。在CARLA 0.9.11之前，这些是唯一可用的地图类型。

|------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------|
| 城镇地图 | 概述 |
| Town01 | 由"T型交叉口"组成的基本城镇布局。 |
| Town02 | 一个小型化的Town01地图 |
| Town03 | 复杂的城镇，有一个5车道的交叉口、一个环形交叉口、崎岖路、隧道等等。 |
| Town04 | 一个有高速公路和小镇的无限环路。 |
| Town05 | 方形网格城镇，有十字路口和桥。每个方向都有多条车道。可用于执行变道。 |
| Town06 | 有许多高速公路出入口的长公路。 |
| Town07 | 乡村环境，狭窄的道路，谷仓，几乎没有红绿灯。 |
| Town10 | 一个具有不同环境的城市环境，如大道或长廊，以及更逼真的纹理。 |

注意：用户可以自定义地图customize a map，甚至创建一个新地图create a new map在CARLA中使用。

3.2 图层地图

图层地图的布局与非分层地图相同，但可以关闭和打开地图的图层。图层地图可以通过后缀_Opt来标识，例如Town01_Opt。使用这些地图，可以通过Python API来加载load和卸载unload图层：

    # Load layered map for Town 01 with minimum layout plus buildings and parked vehicles
    world = client.load_world('Town01_Opt', carla.MapLayer.Buildings | carla.MapLayer.ParkedVehicles)

    # Toggle all buildings off
    world.unload_map_layer(carla.MapLayer.Buildings)

    # Toggle all buildings on   
    world.load_map_layer(carla.MapLayer.Buildings)