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基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器的研究
2015年10月21日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:陈定方, 李勋祥, 李文锋, 尹念东
    单位:武汉理工大学智能制造与控制研究所
          中国科学院计算技术研究所智能信息处理重点实验室

    摘要:介绍了正在研制的基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器 这是一个基于虚拟现实环境和网络环境的软硬件集成系统 重点研究视觉系统,包括外景系统和驾驶内景,对有关建模技术中的基于NURBS 曲面法线的路面纹理、含路标线等自动校准和生成技术。基于高程的多重纹理映射生成技术,模型和纹理的无缝切片技术和基于物理特性的环境仿真试验与交互技术进行了研究,给出了该汽车虚拟仿真驾驶系统在选择车辆,选择天气状况和时间以及选择各种路况等的示例。

    引言

    汽车驾驶模拟器 Vehicle Driving Simulator, VDS 是一种能正确模拟汽车驾驶动作 获得实车驾驶感觉的仿真设备 而其视觉系统又是驾驶模拟器的关键系统之一 因为它是使操作者能否产生 沉浸感 交互感 和 身临其境的关键在国外 汽车驾驶模拟器的研究开发较早 汽车驾驶模拟器作为培训工具在发达国家早已普遍运用。

    日本政府在1970 年就以正式法律规定 汽车驾驶学校必须装备汽车驾驶模拟器 美国在上一世纪。70 年代中期就有 500 多所汽车驾驶学校装备了汽车驾驶模拟训练器 大多数欧洲国家也相继制定了使用汽车驾驶训练模拟器的法规。21 世纪 80 年代以来 德国 瑞典 日本 美国的各大汽车厂都分别建立了开发型汽车驾驶模拟器。

    在国内,在驾驶模拟器方面的研究起步较晚 经历了一个从引进国外产品到自行研制的较漫长的发展过程 一些公司开发了汽车驾驶训练模拟器 但与国际先进水平相比 有较大的差距 目前 吉林大学 北京航空航天大学 国防科技大学 中国航空精密机械研究所 东南大学 装甲兵工程学院 昆明理工大学等单位在此研究领域正在积极地开展研究工作, 并开发出了一些初期的产品。其中,北京航空航天大学研制的 MCGI — 9410T 计算机成像系统 航空精密机械研究所研制的QM—CGI汽车驾驶训练模拟系统较为有代表性 吉林大学建设的具有六自由度运动系统的开发型车辆驾驶模拟器 其规模和性能居世界先进水平。但是,总的说来还存在开发技术含量低 汽车视景与操纵动作脱节 迟后沉浸感 交互性 与 实时性 不强 ,价格偏高的不足等。

    缺点:还没有真正意义上的一种大众化的 容易普及的汽车驾驶模拟器产品本项目研究的 基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器,是基于虚拟现实环境和网络环境的软硬件集成系统它包括驾驶室或驾驶舱 多媒体电脑中央控制系统等硬件系统和支持网络的视景仿真软件系统 该汽车虚拟仿真驾驶系统可以选择车辆 选择各种天气情况包括雨天、雾天、雪天黎明/夜晚能见度状况 选择各种路况情况 进行各种组合程序训练 完成模拟训练最终评估 这些工作以 B/S 方式通过 HTML 在网上发布、运行。

    主要研究内容有

    (1)  研究基于虚拟汽车运动状态下 物理建模环境的关键技术如动力学系统中的弹性、碰撞检测、摩擦力等的体现。

    (2)  在虚拟三维空间组织和管理模拟驾驶交互信息的多样化人机交互界面模式的研究。

    (3)  探索多用户并行的分布式虚拟驾驶技术的实现方式与通讯技术。

    (4)  对大场景, 超过 400 平方公里 与多层次细节模型LOD 纹理技术的最佳匹配比的研究。从运行速度视觉流畅性 舒适美感等方面入手。

    (5)  GIS 信息系统在汽车模拟驾驶中的局部应用,如道路导航、车辆定位。

    (6)  虚拟世界中的视觉特效建模技术研究,主要从美学、效率、可行性等方面入手 主要解决虚拟世界中的环境视觉特效 ,如水流、粒子系统、雾效、雨雪、光影 等。

    (7)  春夏秋冬四季度的交织,白天与夜间的切换与相关的行车条件变化相匹配。

    (8)  在模拟汽车驾驶的虚拟世界中,众多的与数字化艺术与美学相关联的特性研究。

    1   视觉系统研究

    人们对事物的感知有 80%来自于视觉 与虚拟驾驶模拟器配套的视景生成十分重要。

    本研究针对现行模拟器视景系统普遍存在的动作与画面滞后,沉浸感不强的不足,采用先进的图形开发软件 开发实时交互的三维汽车视景系统并实现立体视觉。

    本项目研究的视觉系统为驾驶员提供仿真的车内仪表盘视景系统和一个与地理位置相对应的连续的驾驶室外景系统研究的重点与难点。

    (1)  视觉系统开发的软件平台的选择。

    (2)  立体视觉的实现。

    (3)  图形建模和接口。

    (4)  智能物体的产生与控制创新点

    (1)  交互感 沉浸感 强的视觉系统

    (2)  立体视觉的实现

    (3)  智能物体的产生与控制


图 1   汽车虚拟仿真驾驶系统示意图

    图2 图3 为基于虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器效果图示例


图2  虚拟仿真驾驶内景(正视图)           图3   驾驶室前视屏及表盘

    外景系统提供诸如道路,道路旁的建筑物,交通车辆山川、田野等视景,通过渲染、纹理、浓淡、光照等技术处理,产生一个虚拟的驾驶场景, 使操作者产生、沉浸感。为此,我们专门完成了新疆果子沟包括通过桥梁、隧道, 穿山越岭及沿湖路段展开的约 50 公里的高等级公路作为虚拟驾驶模拟器的汽车道路试验场和驾驶训练基地,用以模拟在春夏秋冬季节,汽车驾驶员在不同气候、不同时间、不同路段进行虚拟汽车驾驶的不同感受。图 4 为虚拟仿真驾驶的新疆果子沟桥梁 穿山越岭路段。


图 4   虚拟仿真驾驶的新疆果子沟路段

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标签:分布式汽车驾驶模拟器
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