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What visual information is used for navigation around obstacles in a cluttered environment?

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Abstract:

The goal of this study was to determine what visual information is used to navigate around barriers in a cluttered terrain. Twelve traffic pylons were arranged randomly in a 4.55 × 3.15 m travel area: there were 20 different arrangements. For each arrangement, individuals (N = 6) were positioned in 1 of 3 locations on the outside border with their eyes closed: on verbal command they were instructed to open their eyes and quickly go to 1 of 2 specified goals (2 vertical posts defining a door) located on one edge of the travel area. The movement of the body was tracked using the OPTOTRAK system, with the IREDS placed on a collar worn by the subjects. Experimental data of travel path chosen were compared with those predicted by models that incorporated different types of visual information to control path trajectory. The 6 models basically use 2 different strategies for route selection: reactive control based on visual input about the obstacle encountered in the line-of-sight travel path (Model # 1) and path planning based on different visual information (Model # 2, 3, 4, 5, and 6). The models that involve path planning are grouped into 2 categories: models 2, 3, 4, and 5 need detailed geometrical configuration of the obstacles to plan a route while model 6 plans a route based on identifying and avoiding a cluster of obstacles in the travel path. Two measures were used to compare model performance with the actual travel path: the difference in area between predicted and actual travel path and the number of trials that accurately predicted the number of turns during travel. The results suggest that route selection is not based on reactive control, but does involve path planning. The model that best predicts the travel paths taken by the individuals uses visual information about cluster of obstacles and identification of safe corridors to plan a route.Key words: navigation, obstacle avoidance, vision, path planning.

La présente étude a pour but de déterminer quelle information visuelle est utilisée pour naviguer autour de barrières dans un environnement encombré. Douze balises de circulation ont été réparties aléatoirement dans une zone de 4,55 x 3,15 : il y a eu 20 aménagements différents. Pour chaque aménagement, des sujets (N = 6) ont été placés, les yeux fermés, dans 1 de 3 emplacements en bordure extérieure : sur commande verbale, ils ont dû ouvrir les yeux et se rendre rapidement à l'un de 2 buts spécifiés (2 piquets verticaux représentant une porte) situés sur un des côtés de la zone de déplacement. Le mouvement du corps a été suivi au moyen du système OPTOTRAK; les diodes d'émission infrarouges (IRED) étaient placées sur le collier porté par les sujets. Les données expérimentales du parcours choisi ont été comparées à celles prédites par des modèles qui incorporaient différents types d'information visuelle pour contrôler le parcours. Les 6 modèles utilisent fondamentalement 2 stratégies différentes pour choisir l'itinéraire : le contrôle réactif basé sur l'information visuelle sur l'obstacle rencontré dans le trajet en visibilité directe (Modèle # 1) et la planification de parcours basée sur différentes informations visuelles (Modèles # 2, 3, 4, 5 et 6). Les modèles basés sur la planification de parcours ont été groupés en 2 catégories : les modèles 2, 3, 4 et 5 nécessitent une configuration géométrique détaillée des obstacles pour planifier un trajet, alors que le modèle 6 planifie un trajet basé sur l'identification et l'évitement d'obstacles dans le parcours. Deux mesures ont été utilisées pour comparer la performance des modèles avec le parcours réel : la différence de zone entre le parcours prévu et réel et le nombre d'essais qui ont prédit précisément le nombre de virages durant le trajet. Les résultats donnent à penser que le choix du trajet n'est pas basé sur le contrôle réactif mais qu'il implique une planification du parcours. Le modèle qui prédit le mieux les parcours empruntés par les sujets utilise l'information visuelle sur les obstacles et l'identification des couloirs sécuritaires pour planifier un trajet.Mots clés : navigation, évitement d'obstacles, vision, planification de parcours.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2004-07-01

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  • Published since 1929, this monthly journal reports current research in all aspects of physiology, nutrition, pharmacology, and toxicology, contributed by recognized experts and scientists. It publishes symposium reviews and award lectures and occasionally dedicates entire issues or portions of issues to subjects of special interest to its international readership.
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