综合编程练习项目
完成了前面的编程基础和算法的练习，可以尝试综合运用所学的编程知识去解决一些实际的问题。通过这个综合练习，运用所学的知识解决一个或多个实际的问题，并锻炼系统性解决问题的思路。
1. 基础知识与方法
下面的项目需要图形界面，因此需要学习『Qt』或者『SFML』程序的编写。具体的学习方法可以如下：
- 由于综合练习需要学习使用第三方库，而Linux下使用第三方库比较方便，因此建议先花些时间把Linux基本用法学会。具体的教程可以参考： 《Linux教程》
- 先看看 《Qt例子程序》 程序，把程序结构、第三方库的用法等学会，然后分析例子程序与自己的程序所需要的功能差距在哪里？如果可以在例子程序的基础上逐步修改得到需要的画图功能，可以一步步从简单画线、画矩形等着手，然后逐步添加更多的功能，直到完成所需的功能为止。
- 考虑具体的算法应该是什么样？用什么样的数据结构，用哪种算法类型？开始可以不用想的非常完美，只要能把最基础的功能实现即可，在实现基本功能的情况下通过不断的迭代改进，实现最终所需要的效果。下面的项目，可以先把基本的正向功能实现，就是能人操作能够显示、变化、移动等功能。
- 在完成最基本的绘图和操作等功能之后，再考虑如何自己编程序实现电脑找最优的位置落子等。从而实现电脑玩游戏的功能。
- 总而言之，不要一上来想一下子做好，而是将项目分解成多个小的任务，通过循环迭代的方式，先把简单的功能实现，然后逐步完成难度更大的功能，最终当一个个问题解决之后再合并起来完成整体的功能。
- 这个综合练习，主要的目的是通过学习使用库函数、自己设计数据结构、处理算法，解决一个相对比较完整的项目，学习如何处理一个相对复杂的问题。如果具备了这样的能力，之后学习过程所要做的很多事情都是采用类似的思维和方法，因此能够极大的加速后续的学习效率。
2. 示例项目
可以参看下面所列的，也可以自己想一个去实现。可以先看看示例项目，了解一下要做成什么样子，自己还缺那些知识、技能。
2.1 模拟自动巡线的智能小车
研究如何模拟摄像头的工作原理，构建一个虚拟的环境，在虚拟的地面有黑色的轨迹，通过虚拟相机拍摄的画面，来识别黑色轨迹，然后控制小车的移动。
具体要求：
- 需要思考如何模拟环境、地面、黑色轨迹线
- 需要考虑如何构建小车的模型
- 使用Qt来编写可视化界面，能够显示仿真环境，相机看到的画面，控制指令等
目前无人机虽然实现了自动飞行，但是大部分的无人机仍不具备感知环境、动态适应环境的能力。本课题通过一步一步实现无人机的感知、路径规划、仿真，通过本项目理解无人机系统的感知、控制。需要设计开发一套仿真、控制系统，具体效果如下图所示。
具体要求：
- 让无人机从红色的起点出发，朝向蓝色的终点飞行，但是事先不知道环境地图（障碍物）的分布
- 假设无人机上装备了激光雷达，能够探测一定范围内的障碍物信息
- 在飞行过程探测周围环境，不断完善环境地图，并不断更新规划路径
- 无人机利用A * 算法规划当前认为可行的路径，绿色的线段
- 更具体的说明见 无人机路径规划
2.3 编队无人机的集结
研究多架固定翼无人机从任意位置出发，形成编队，如下图的示意。刚开始多架无人机在空中特定的位置盘旋，接收到编队集结命令之后，多架固定翼无人机朝指定的集结地点出发，最终按照相同的速度与方向同时到达。
具体要求：
- 需要考虑固定翼无人机的运行特性，假设无人机的最小转弯半径能够达到300m，其他无人机参数可以自己假设
- 固定翼无人机的动力学仿真，如果不会可以用简单的模型来仿真，另外可以找相关的程序借鉴。
- 需要考虑从任意位置到指定集结地点的曲线轨迹
- 在生成曲线轨迹的基础上，如何生成控制固定翼无人机的飞行指令 （可以用最简单的方式：接下来需要达到的航点，飞行速度），并把飞行指令可视化出来
- 使用Qt来编写可视化界面，能够可视化固定翼无人机飞行过程的位置变化，机头朝向
2.4 多旋翼无人机自主降落
模拟多旋翼无人机利用视觉定位实现自主降落的仿真系统。
主要的内容包括：
- 模拟多旋翼无人机运动，可以使用最简单的模型，假设为一个质点
- 模拟相机拍摄降落地点的标识，例如一个二维码或ArUco
- 如何识别二维码，如何解算相对位姿
- 如何控制多旋翼无人机逼近Marker
参考资料：
2.5 集群无人机的4D轨迹规划
编写程序模拟多架无人机在空中编队飞行，在空中展现出不同的形状，例如一字形、人字形等等。
2.6 倒立摆的仿真与控制
研究倒立摆的控制原理，并实现一个图形化的仿真程序。
具体要求：
- 使用Qt编写可视化的界面，能够显示底部的滑动部分，倒立摆，绕动，控制变量等
- 控制算法的输入、参数等需要设计好
- 能够在可视化界面，用鼠标等给予饶动
2.7 五子棋程序
如何自己编写一个自动下五子棋的程序，思考编写这样的程序需要什么样的技术，需要什么算法，如何保存棋盘的状态，如何有效判断在何位置下子最好，在实现基本游戏的基础上，研究如何让计算机来自动玩这个游戏。
具体要求：
- 使用Qt来编写可视化界面，学习Qt的绘图，鼠标操作事件等
- 为了实现自动下五子棋，是否需要先把基本的五子棋程序实现？
- 如何显示棋牌？如何保存我方、对方所下的棋子？
- 研究游戏的基本规则，并编程实现
- 怎么才能让电脑计算出落子的最优位置？
- 是否可以实现两个自动下棋的算法，然后让两个算法对弈
2.8 数独程序
如何自己编写一个数独的自动程序。
- 如何显示数独的界面？
- 怎么进行推测，尝试，回退等操作
2.9 俄罗斯方块
研究如何实现一个俄罗斯方块的程序，能够用光标来控制下降，左右移动。在实现基本游戏的基础上，研究如何让计算机来自动玩这个游戏。
- 设计游戏界面，如何读取键盘的按键输入
- 如何实现记分
- 使用Qt来编写可视化界面，学习Qt的绘图，键盘事件的获取
- 研究游戏的基本规则，并编程实现
- 如何判断哪里落方块比较好
- 研究如何自动来控制方块的下落，并对比分析不同方法的特点
2.10 多旋翼无人机钻圈
识别红色的圈、并结合VINS识别的位置，实现无人机穿红色的圈。可以先实现仿真环境下的运行，然后有条件在真机下实现所有的功能。
- 构思仿真环境的搭建，可以使用Gazebo，或者AirSim
- 实现识别颜色圆环的代码
- 根据颜色圆环生成飞行策略
- 学习MAVROS，控制无人机的飞行
- 将颜色圆环的识别程序与控制程序整合，实现多旋翼无人机钻圈的功能
3. 关于GUI界面
通过自己查找合适的资料、教程学习如何编写一个图形化的界面，从而方便进行交互。建议的方法是，找到一个类似的实例程序，通过不断的修改，将demo程序改造成你所设想的样子。
4. 代码重构
完成上述一个或者多个小项目的程序编写，并能解决实际问题。大部分情况下，第一次写完的程序，虽然已经实现了功能，但是往往存在如下的问题：
- 程序命名不规范
- 逻辑、功能比较混乱，代码不够清晰
- 文件组织混乱，代码、数据等混杂
- 程序里有很多固定的路径、常数等，不方便移植，无法在其他人的电脑上运行
为了更进一步提升自己的编程能力，需要通过多次的代码重构提升自己的综合能力。建议仔细阅读《代码重构》，并对自己编写的程序进行改进。
关于代码重构可以借鉴学习如下的项目：
5. 其他练习项目和参考代码
其他练习项目：
可以借鉴如下示例代码进行学习，具体的示例如下：
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SimpGCS : 一个简单的地面站程序，通过解析MAVLINK协议，将无人机的位置等信息可视化在Qt的地图控件上
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简单的路径规划模拟系统 ： 提供了一个简单的C++模拟系统，支持地图编辑、路径规划、可视化等功能
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C++的2D SLAM演示系统 : 一个简单的2D EKF/Fast SLAM演示系统，通过这个演示系统，能够学会如何将算法、Qt GUI结合起来
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简单的路径规划模拟系统 ： 提供了一个简单的C++模拟系统，支持地图编辑、路径规划、可视化等功能
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Map2DFusion ： 实时二维地图拼接，通过视觉SLAM解算位姿，并增量式拼接二维地图
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序列化图像的SfM重建 : 本实例程序演示了如何编写基本的SfM程序，通过利用序列化数据的特点加快重建的速度
