Opacity-Informed UAV Navigation with 3D Gaussian Splatting and Model Predictive Control

计算机科学 人工智能 计算机视觉 模型预测控制 弹道 高斯分布 领域(数学) 高斯过程 混合模型 理论(学习稳定性) 卡尔曼滤波器 跟踪(教育) 噪音(视频) 控制(管理) 背景(考古学)
作者
Jiahao Tu,Zhongrui Hu,Chenghao Yao,Jingyi Lu
出处
期刊: 卷期号:: 705-709
标识
DOI:10.1109/iseae69422.2026.11544379
摘要

This paper presents an integrated UAV navigation system that combines 3D Gaussian Splatting (3DGS) for environment mapping, A* algorithm for global path planning, and Model Predictive Control (MPC) for trajectory tracking with obstacle avoidance. The 3DGS-generated Gaussian sphere map provides rich geometric information including opacity and scale parameters, which are utilized to construct a collision cost function embedded into the MPC optimization framework. Experimental results demonstrate that the proposed system achieves significant improvements in both path planning and trajectory tracking performance. The A* algorithm with Gaussian opacity-aware cost function reduces the integrated occupancy probability by 26.7% compared to traditional grid-based methods. The MPC controller with collision cost achieves a position RMSE of 0.030m, representing a 66.3% improvement over the baseline MPC without collision cost. The integrated system operates at an effective control frequency of 75Hz with an average single-step computation time of 13.3ms, meeting real-time requirements for UAV navigation in GNSS-denied environments.
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