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王闯
2026-08-24 16:29:38 +08:00
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"""Reeds-Shepp 曲线计算。
参照 Reeds & Shepp (1990) 论文公式 8.1-8.11 实现的纯 Python 版本。
与常见实现(只返回最短路径)不同,这里保留全部 48 条候选 word,
每条都带端点校验:只有正向积分能命中终点位姿的才标记为有效。
另外提供 include_dubins 选项:RS 的公式把弧长归一到 [-pi, pi) 并要求
各段非负,结构上不可能输出超过 pi 的弧(RS 引理:最优路径不含 > pi 的
弧,因为总能换一个带 cusp 的走法把它变短)。代价是绕远的纯前进解会
直接从候选里消失。开启后用 [0, 2pi) 把这 6 条 Dubins 解重解出来,
其中 L+R+L+ / R+L+R+ 不在标准 48 word 内。
约定(归一化坐标,转弯半径 = 1):
steering: +1 左转(L) / 0 直行(S) / -1 右转(R)
gear: +1 前进(+) / -1 倒车(-)
length: 段长度,>= 0(曲线段为转过的弧度,直线段为距离)
"""
import math
from dataclasses import dataclass
from typing import Callable
PI = math.pi
@dataclass
class Segment:
steering: int # +1 L, 0 S, -1 R
gear: int # +1 forward, -1 backward
length: float # >= 0
def _make(length: float, steering: int, gear: int) -> Segment:
"""构造段,若 length 为负则翻转 gear 并取绝对值。"""
if length < 0:
return Segment(steering, -gear, -length)
return Segment(steering, gear, length)
def _polar(x: float, y: float):
return math.hypot(x, y), math.atan2(y, x)
def _mod2pi(theta: float) -> float:
"""归一化到 [-pi, pi)。"""
v = theta % (2 * PI)
if v >= PI:
v -= 2 * PI
return v
# ---------------------------------------------------------------------------
# 基础公式:每个函数尝试用某一类 word 连接 (0,0,0) 到 (x,y,phi)。
# phi 为弧度。成功返回段列表,失败返回 None。
# 这些是论文 8.1-8.11 的标准解析解。
# ---------------------------------------------------------------------------
def _LpSpLp(x, y, phi):
"""CSC,曲线同向:L+ S+ L+ (公式 8.1)。"""
u, t = _polar(x - math.sin(phi), y - 1 + math.cos(phi))
if t >= 0:
v = _mod2pi(phi - t)
if v >= 0:
return [Segment(+1, +1, t), Segment(0, +1, u), Segment(+1, +1, v)]
return None
def _LpSpRp(x, y, phi):
"""CSC,曲线反向:L+ S+ R+ (公式 8.2)。"""
u1, t1 = _polar(x + math.sin(phi), y - 1 - math.cos(phi))
if u1 ** 2 < 4:
return None
u = math.sqrt(u1 ** 2 - 4)
_, theta = _polar(u, 2.0)
t = _mod2pi(t1 + theta)
v = _mod2pi(t - phi)
if t >= 0 and v >= 0:
return [Segment(+1, +1, t), Segment(0, +1, u), Segment(-1, +1, v)]
return None
def _LpRnLp(x, y, phi):
"""CCCL+ R- L+ (公式 8.3)。"""
xi = x - math.sin(phi)
eta = y - 1 + math.cos(phi)
u1, theta = _polar(xi, eta)
if u1 > 4:
return None
A = math.acos(u1 / 4.0)
t = _mod2pi(theta + PI / 2 + A)
u = _mod2pi(PI - 2 * A)
v = _mod2pi(phi - t - u)
if t >= 0 and u >= 0 and v >= 0:
return [Segment(+1, +1, t), Segment(-1, -1, u), Segment(+1, +1, v)]
return None
def _LpRnLn(x, y, phi):
"""CCCL+ R- L- (公式 8.4 变体)。"""
xi = x - math.sin(phi)
eta = y - 1 + math.cos(phi)
u1, theta = _polar(xi, eta)
if u1 > 4:
return None
A = math.acos(u1 / 4.0)
t = _mod2pi(theta + PI / 2 + A)
u = _mod2pi(PI - 2 * A)
v = _mod2pi(t + u - phi)
if t >= 0 and u >= 0 and v >= 0:
return [Segment(+1, +1, t), Segment(-1, -1, u), Segment(+1, -1, v)]
return None
def _LpRnSnLn(x, y, phi):
"""CCSCL+ R- S- L- (公式 8.9)。OMPL 修正形式,长度带符号。"""
xi = x - math.sin(phi)
eta = y - 1 + math.cos(phi)
rho, theta = _polar(xi, eta)
if rho < 2:
return None
r = math.sqrt(rho ** 2 - 4)
u = 2 - r
t = _mod2pi(theta + math.atan2(r, -2))
v = _mod2pi(phi - PI / 2 - t)
return [_make(t, +1, +1), _make(-PI / 2, -1, +1),
_make(u, 0, +1), _make(v, +1, +1)]
def _LpRnSnRn(x, y, phi):
"""CCSCL+ R- S- R- (公式 8.10)。OMPL 修正形式,长度带符号。"""
xi = x + math.sin(phi)
eta = y - 1 - math.cos(phi)
rho, theta = _polar(-eta, xi)
if rho < 2:
return None
t = theta
u = 2 - rho
v = _mod2pi(t + PI / 2 - phi)
return [_make(t, +1, +1), _make(-PI / 2, -1, +1),
_make(u, 0, +1), _make(v, -1, +1)]
def _LpRnSnLnRp(x, y, phi):
"""CCSCCL+ R- S- L- R+ (公式 8.11)。OMPL 修正形式,长度带符号。"""
xi = x + math.sin(phi)
eta = y - 1 - math.cos(phi)
rho, _ = _polar(xi, eta)
if rho < 2:
return None
u = 4 - math.sqrt(rho ** 2 - 4)
if u > 0:
return None
t = _mod2pi(math.atan2((4 - u) * xi - 2 * eta,
-2 * xi + (u - 4) * eta))
v = _mod2pi(t - phi)
return [_make(t, +1, +1), _make(-PI / 2, -1, +1),
_make(u, 0, +1), _make(-PI / 2, +1, +1),
_make(v, -1, +1)]
def _LpRupLunRn(x, y, phi):
"""CCCCL+ R+u L-u R- (公式 8.7),两中段弧度相等。"""
xi = x + math.sin(phi)
eta = y - 1 - math.cos(phi)
rho = (2 + math.hypot(xi, eta)) / 4.0
if rho < 0 or rho > 1:
return None
u = math.acos(rho)
t_ok, t, v = _calc_tauOmega(u, -u, xi, eta, phi)
if t >= 0 and v <= 0:
return [Segment(+1, +1, t), Segment(-1, +1, u),
Segment(+1, -1, u), Segment(-1, -1, -v)]
return None
def _LpRunLunRp(x, y, phi):
"""CCCCL+ R-u L-u R+ (公式 8.8)。"""
xi = x + math.sin(phi)
eta = y - 1 - math.cos(phi)
rho = (20 - xi ** 2 - eta ** 2) / 16.0
if rho < 0 or rho > 1:
return None
u = -math.acos(rho)
t_ok, t, v = _calc_tauOmega(u, u, xi, eta, phi)
if t >= 0 and v >= 0:
return [Segment(+1, +1, t), Segment(-1, -1, -u),
Segment(+1, -1, -u), Segment(-1, +1, v)]
return None
def _calc_tauOmega(u, v, xi, eta, phi):
"""CCCC 族的 tau/omega 辅助计算(OMPL 同名函数)。"""
delta = _mod2pi(u - v)
A = math.sin(u) - math.sin(delta)
B = math.cos(u) - math.cos(delta) - 1.0
t1 = math.atan2(eta * A - xi * B, xi * A + eta * B)
t2 = 2 * (math.cos(delta) - math.cos(v) - math.cos(u)) + 3.0
tau = _mod2pi(t1 + PI) if t2 < 0 else _mod2pi(t1)
omega = _mod2pi(tau - u + v - phi)
return True, tau, omega
# 基础公式集合(含 word 标签,便于显示/调试)
BASE_FORMULAS: list[tuple[str, Callable]] = [
("LpSpLp", _LpSpLp),
("LpSpRp", _LpSpRp),
("LpRnLp", _LpRnLp),
("LpRnLn", _LpRnLn),
("LpRupLunRn", _LpRupLunRn),
("LpRunLunRp", _LpRunLunRp),
("LpRnSnLn", _LpRnSnLn),
("LpRnSnRn", _LpRnSnRn),
("LpRnSnLnRp", _LpRnSnLnRp),
]
# ---------------------------------------------------------------------------
# 对称变换:把段列表做镜像。
# ---------------------------------------------------------------------------
def _timeflip(path: list[Segment]) -> list[Segment]:
"""时间翻转:前进 <-> 倒车。"""
return [Segment(s.steering, -s.gear, s.length) for s in path]
def _reflect(path: list[Segment]) -> list[Segment]:
"""左右镜像:L <-> R。"""
return [Segment(-s.steering, s.gear, s.length) for s in path]
def _backwards(path: list[Segment]) -> list[Segment]:
"""路径反向:倒着走(段顺序翻转)。"""
return [Segment(s.steering, s.gear, s.length) for s in reversed(path)]
_STEER_CHAR = {+1: "L", 0: "S", -1: "R"}
_GEAR_CHAR = {+1: "+", -1: "-"}
def word_label(path: list[Segment]) -> str:
"""把段列表转成可读 word,如 'L+S+R-'"""
return "".join(_STEER_CHAR[s.steering] + _GEAR_CHAR[s.gear] for s in path)
# ---------------------------------------------------------------------------
# 正向积分:从一个位姿出发,沿各段前进,得到采样点和终点位姿。
# 归一化坐标(转弯半径 = 1)。
# ---------------------------------------------------------------------------
def integrate(path: list[Segment], start=(0.0, 0.0, 0.0), step=0.05):
"""返回 (xs, ys, end_pose)。xs/ys 为采样点,end_pose=(x,y,theta)。"""
x, y, theta = start
xs, ys = [x], [y]
for seg in path:
n = max(1, int(math.ceil(seg.length / step)))
ds = seg.length / n
for _ in range(n):
if seg.steering == 0:
x += seg.gear * ds * math.cos(theta)
y += seg.gear * ds * math.sin(theta)
else:
nt = theta + seg.gear * seg.steering * ds
x += seg.steering * (math.sin(nt) - math.sin(theta))
y -= seg.steering * (math.cos(nt) - math.cos(theta))
theta = nt
xs.append(x)
ys.append(y)
return xs, ys, (x, y, theta)
# ---------------------------------------------------------------------------
# 候选路径 + 公开 API
# ---------------------------------------------------------------------------
@dataclass
class Candidate:
word: str # 如 "L+S+R-"
segments: list[Segment] # 归一化坐标下的段
length: float # 总段长(归一化)
valid: bool # 正向积分是否命中目标位姿
kind: str = "RS" # "RS" 标准 48 word / "Dubins" 纯前进绕远解
max_arc: float = 0.0 # 最长曲线段弧度(归一化,与半径无关)
@property
def key(self) -> str:
"""GUI 用的唯一键。Dubins 解可能与 RS 同名,故加前缀区分。"""
return (DUBINS_KEY_PREFIX + self.word if self.kind == "Dubins"
else self.word)
@property
def is_detour(self) -> bool:
"""是否含超过 pi 的弧,即 RS 会主动丢弃的「绕远」。"""
return self.max_arc > PI + 1e-6
def _path_length(path):
return sum(s.length for s in path)
def _solve_all(x, y, phi):
"""对归一化目标位姿 (x,y,phi),用全部基础公式 × 4 对称求解。
返回 {word: segments},每个 word 取最短解。
4 种对称:identity / timeflip / reflect / timeflip+reflect。
"""
results: dict[str, list[Segment]] = {}
def add(path):
if path is None:
return
w = word_label(path)
if w not in results or _path_length(path) < _path_length(results[w]):
results[w] = path
for _, f in BASE_FORMULAS:
# identity
add(f(x, y, phi))
# timeflip: 解 f(-x, y, -phi),再翻转 gear
p = f(-x, y, -phi)
add(_timeflip(p) if p else None)
# reflect: 解 f(x, -y, -phi),再 L<->R
p = f(x, -y, -phi)
add(_reflect(p) if p else None)
# timeflip + reflect
p = f(-x, -y, phi)
add(_timeflip(_reflect(p)) if p else None)
# backwards:在目标坐标系中表达起点,求解后反转段顺序。
# 这扩展出 CSCC 等以倒车段起步的 word。
xb = x * math.cos(phi) + y * math.sin(phi)
yb = x * math.sin(phi) - y * math.cos(phi)
for _, f in BASE_FORMULAS:
p = f(xb, yb, phi)
add(_backwards(p) if p else None)
p = f(-xb, yb, -phi)
add(_backwards(_timeflip(p)) if p else None)
p = f(xb, -yb, -phi)
add(_backwards(_reflect(p)) if p else None)
p = f(-xb, -yb, phi)
add(_backwards(_timeflip(_reflect(p))) if p else None)
return results
# ---------------------------------------------------------------------------
# Dubins(纯前进)解:把 RS 主动丢弃的「绕远」路径找回来。
#
# 上面每个 RS 公式都把弧长过 _mod2pi 归一到 [-pi, pi) 再要求各段 >= 0
# 所以结构上不可能输出弧长 > pi 的段。这正是 RS 定理的引理:最优路径
# 不含超过 pi 的弧——因为总能换一个带 cusp 的走法把它变短。代价是:
# 一旦出现绕远的苗头,那条绕远的纯前进解就直接从候选里消失,换挡解顶上。
#
# 纯前进的绕远解恰好就是 Dubins 的 6 个 word,所以这里把同样的相切几何
# 用 _mod2pi_pos[0, 2pi))重解一遍,即可把它们保留下来。
# ---------------------------------------------------------------------------
def _mod2pi_pos(theta: float) -> float:
"""归一化到 [0, 2pi)。与 _mod2pi 的唯一区别就是「允许绕远」。"""
return theta % (2 * PI)
def _dubins_LSL(x, y, phi):
"""L+ S+ L+,弧长可到 2pi。两个左转圆的外公切线,恒有解。"""
u, theta = _polar(x - math.sin(phi), y - 1 + math.cos(phi))
# 直线段方向即两圆心连线方向 theta,故首尾弧把朝向从 0 转到 theta、再到 phi
return [Segment(+1, +1, _mod2pi_pos(theta)),
Segment(0, +1, u),
Segment(+1, +1, _mod2pi_pos(phi - theta))]
def _dubins_LSR(x, y, phi):
"""L+ S+ R+,弧长可到 2pi。圆心距 < 2 时无内公切线。"""
d, theta = _polar(x + math.sin(phi), y - 1 - math.cos(phi))
if d < 2:
return None
u = math.sqrt(d * d - 4)
t = _mod2pi_pos(theta + math.atan2(2.0, u)) # 内公切线方向
return [Segment(+1, +1, t),
Segment(0, +1, u),
Segment(-1, +1, _mod2pi_pos(t - phi))]
def _dubins_LRL(x, y, phi):
"""L+ R+ L+,中段绕远弧(>= pi)。返回候选列表(两个相切分支)。
与 _LpRnLp 完全相同的三圆几何:起点左转圆 C1、终点左转圆 C3,
中间右转圆 C2 与两者相切(|C1C2| = |C2C3| = 2,故需 |C1C3| <= 4)。
C2 在 C1C3 两侧各有一个,A = acos(u1/4) 为 C1 处的半张角。
C2 上两切点之间有两段弧:短的 pi - 2A、长的 pi + 2A。倒着走中段
(R-) 取短弧,即 RS 的 L+R-L+;前进走中段 (R+) 只能取长弧,即
Dubins 的 L+R+L+。同样三个圆,两种走法——这就是「绕远」的来源。
"""
xi = x - math.sin(phi)
eta = y - 1 + math.cos(phi)
u1, theta = _polar(xi, eta)
if u1 > 4:
return []
A = math.acos(min(1.0, u1 / 4.0))
out = []
# 两个相切分支:C2 方向为 theta + A 或 theta - A
for branch in (+1, -1):
t = _mod2pi_pos(theta + branch * A + PI / 2)
# 长短弧都试,由 compute_paths 的端点校验筛出几何自洽的那个
for u in (PI + 2 * A, PI - 2 * A):
v = _mod2pi_pos(phi - t + u)
out.append([Segment(+1, +1, t), Segment(-1, +1, u),
Segment(+1, +1, v)])
return out
# Dubins 基础公式。前两个返回单个解,LRL 返回候选列表,统一成列表处理。
_DUBINS_FORMULAS: list[Callable] = [
lambda x, y, p: [r] if (r := _dubins_LSL(x, y, p)) else [],
lambda x, y, p: [r] if (r := _dubins_LSR(x, y, p)) else [],
_dubins_LRL,
]
# Dubins 的 6 个 word。前 4 个与 RS 的 CSC 同名(同一 wordRS 只在
# 各段弧长都 <= pi 时才给解,绕远时返回 None);后 2 个不在 RS 的 48 里。
DUBINS_WORDS: list[str] = [
"L+S+L+", "L+S+R+", "R+S+L+", "R+S+R+", "L+R+L+", "R+L+R+",
]
# 只有这两个 word 是 RS 48 个 word 之外的,专属于 Dubins。
DUBINS_ONLY_WORDS: list[str] = ["L+R+L+", "R+L+R+"]
# Dubins 候选在 word_map 里的键前缀(同名 word 与 RS 解共存时用于区分)
DUBINS_KEY_PREFIX = "D:"
def _solve_dubins(x, y, phi, pos_tol=1e-2, ang_tol=1e-2):
"""纯前进(Dubins)解,允许弧长 > pi。返回 {word: segments},每 word 取最短。
只用 reflect 对称(L<->R),不用 timeflip——翻转挡位就不是纯前进了。
注意:_dubins_LRL 会投机地给出 4 个分支(2 个相切圆 × 长/短中段弧),
只有部分几何自洽。必须先做端点校验再比长度,否则「取最短」可能留下
一个不可达的分支、把真解挤掉。
"""
results: dict[str, list[Segment]] = {}
def add(path):
if path is None:
return
if any(s.length < -1e-9 for s in path):
return
_, _, (ex, ey, eth) = integrate(path, start=(0.0, 0.0, 0.0))
if (math.hypot(ex - x, ey - y) > pos_tol
or abs(_mod2pi(eth - phi)) > ang_tol):
return
w = word_label(path)
if w not in results or _path_length(path) < _path_length(results[w]):
results[w] = path
for f in _DUBINS_FORMULAS:
for p in f(x, y, phi):
add(p)
# reflect: 解 f(x, -y, -phi) 再 L<->R,得到 RSR / RSL / R+L+R+
for p in f(x, -y, -phi):
add(_reflect(p))
return results
def _max_arc(segments) -> float:
"""路径中最长的曲线段弧度(直线段不计)。用于判定是否「绕远」。"""
arcs = [s.length for s in segments if s.steering != 0]
return max(arcs) if arcs else 0.0
def compute_paths(start, goal, turning_radius=1.0, pos_tol=1e-2, ang_tol=1e-2,
include_dubins=False):
"""计算从 start 到 goal 的全部 Reeds-Shepp 候选路径。
start, goal: (x, y, theta_rad),世界坐标。
返回 Candidate 列表,按总长度升序;带端点校验的 valid 标记。
长度单位与输入坐标一致(已乘回 turning_radius)。
"""
sx, sy, sth = start
gx, gy, gth = goal
# 变换到以 start 为原点、朝向为 +x、半径归一化的局部坐标
dx, dy = gx - sx, gy - sy
c, s = math.cos(sth), math.sin(sth)
lx = (c * dx + s * dy) / turning_radius
ly = (-s * dx + c * dy) / turning_radius
lphi = _mod2pi(gth - sth)
solutions = _solve_all(lx, ly, lphi)
canonical = set(ALL_WORDS)
candidates = []
for word, segs in solutions.items():
# 只保留标准 48 word。RS 定理保证最优解必在其中;
# 对称展开偶尔会产出几何正确但非标准(恒次优)的 word,在此剔除。
if word not in canonical:
continue
# 端点校验:在局部归一化坐标下正向积分,须命中 (lx, ly, lphi)
_, _, (ex, ey, eth) = integrate(segs, start=(0.0, 0.0, 0.0))
ok = (math.hypot(ex - lx, ey - ly) < pos_tol
and abs(_mod2pi(eth - lphi)) < ang_tol)
scaled = [Segment(s_.steering, s_.gear, s_.length * turning_radius)
for s_ in segs]
candidates.append(Candidate(word, scaled,
_path_length(segs) * turning_radius, ok,
kind="RS", max_arc=_max_arc(segs)))
if include_dubins:
for word, segs in _solve_dubins(lx, ly, lphi, pos_tol, ang_tol).items():
scaled = [Segment(s_.steering, s_.gear, s_.length * turning_radius)
for s_ in segs]
# _solve_dubins 内部已做端点校验,能出来的都是 valid
candidates.append(
Candidate(word, scaled,
_path_length(segs) * turning_radius, True,
kind="Dubins", max_arc=_max_arc(segs)))
candidates.sort(key=lambda cc: (not cc.valid, cc.length))
return candidates
def sample_path(candidate: "Candidate", start, turning_radius=1.0, step=0.05):
"""把候选路径在世界坐标下采样为 (xs, ys),供绘图。"""
norm_segs = [Segment(s.steering, s.gear, s.length / turning_radius)
for s in candidate.segments]
xs, ys, _ = integrate(norm_segs, start=(0.0, 0.0, 0.0), step=step)
sx, sy, sth = start
c, s = math.cos(sth), math.sin(sth)
wx = [sx + turning_radius * (c * x - s * y) for x, y in zip(xs, ys)]
wy = [sy + turning_radius * (s * x + c * y) for x, y in zip(xs, ys)]
return wx, wy
def sample_path_segments(candidate: "Candidate", start,
turning_radius=1.0, step=0.05):
"""逐段采样,返回 [(gear, xs, ys), ...]。
gear=+1 前进 / -1 倒车。每段在世界坐标下,相邻段共享端点以保证连续。
供 GUI 按前进/倒车分色绘制。
"""
sx, sy, sth = start
c, s = math.cos(sth), math.sin(sth)
def to_world(lx, ly):
return (sx + turning_radius * (c * lx - s * ly),
sy + turning_radius * (s * lx + c * ly))
out = []
pose = (0.0, 0.0, 0.0) # 归一化局部坐标
for seg in candidate.segments:
norm = Segment(seg.steering, seg.gear, seg.length / turning_radius)
lxs, lys, pose = integrate([norm], start=pose, step=step)
wx, wy = zip(*(to_world(x, y) for x, y in zip(lxs, lys)))
out.append((seg.gear, list(wx), list(wy)))
return out
# ---------------------------------------------------------------------------
# 标准 48 个 word,按 Reeds-Shepp 路径族分组。
# 顺序固定,供 GUI 的 48 个勾选框稳定布局使用。
# ---------------------------------------------------------------------------
WORD_GROUPS: list[tuple[str, list[str]]] = [
("CSC", [
"L+S+L+", "L+S+R+", "L-S-L-", "L-S-R-",
"R+S+L+", "R+S+R+", "R-S-L-", "R-S-R-",
]),
("CCC", [
"L+R+L-", "L+R-L+", "L+R-L-", "L-R+L+", "L-R+L-", "L-R-L+",
"R+L+R-", "R+L-R+", "R+L-R-", "R-L+R+", "R-L+R-", "R-L-R+",
]),
("CCCC", [
"L+R+L-R-", "L+R-L-R+", "L-R+L+R-", "L-R-L+R+",
"R+L+R-L-", "R+L-R-L+", "R-L+R+L-", "R-L-R+L+",
]),
("CCSC", [
"L+R-S-L-", "L+R-S-R-", "L+S+L+R-", "L+S+R+L-",
"L-R+S+L+", "L-R+S+R+", "L-S-L-R+", "L-S-R-L+",
"R+L-S-L-", "R+L-S-R-", "R+S+L+R-", "R+S+R+L-",
"R-L+S+L+", "R-L+S+R+", "R-S-L-R+", "R-S-R-L+",
]),
("CCSCC", [
"L+R-S-L-R+", "L-R+S+L+R-", "R+L-S-R-L+", "R-L+S+R+L-",
]),
]
# 扁平化的 48 个 word(保持分组顺序)
ALL_WORDS: list[str] = [w for _, group in WORD_GROUPS for w in group]
# Dubins(纯前进,允许绕远)分组。作为第 6 组附加在 GUI 里,键带 "D:" 前缀。
DUBINS_GROUP: tuple[str, list[str]] = ("Dubins(纯前进/可绕远)", DUBINS_WORDS)
# GUI 用的完整槽位键列表:48 个 RS word + 6 个 Dubins word
ALL_KEYS: list[str] = ALL_WORDS + [DUBINS_KEY_PREFIX + w for w in DUBINS_WORDS]
def compute_word_map(start, goal, turning_radius=1.0, include_dubins=False):
"""计算所有候选,返回 {key: Candidate},仅含有效路径。
key 对 RS 解就是 word,对 Dubins 解带 "D:" 前缀(同名 word 可共存)。
GUI 可用 ALL_KEYS 遍历槽位:在此映射中的为可达,否则置灰。
"""
cands = compute_paths(start, goal, turning_radius=turning_radius,
include_dubins=include_dubins)
return {c.key: c for c in cands if c.valid}