虛擬交通場景編輯平臺開發

摘 要:虛擬交通場景的構建是一項繁瑣的工作。在此利用Creator創建基礎道路交通場景，并利用Vega虛擬仿真平臺，在Visual C++集成環境下開發了虛擬交通場景編輯系統，用戶能夠根據自己的需要，自行創建虛擬交通道路、虛擬汽車、交通燈及樹木等，利用鍵盤，可以控制一臺虛擬汽車在虛擬交通場景中體驗虛擬駕駛過程。

關鍵詞:虛擬交通; 定制; 虛擬仿真; 虛擬駕駛

中圖分類號:TP391.9 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)10-0146-03

Development of Customization Platform for Virtual Traffic Scene

HU Zhao-yong1， GE Hai-song2， YI Ying-xiang2

(1. Faculty of Electromechanical Engineering， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China;

2. Dongguan Xinleishen Simulation Control Co. Ltd.， Dongguan 523077， China)

Abstract:Construction of virtual traffic scene is a fussy work. The traffic scene of basic roads is created by Creator software， a virtua traffic scene customization system is developed by Vega virtual simulated platform invisual C++ environment. Users can create virtual traffic roads， automobile， traffic light and tree according to their own requirement. At the same time， a virtual automobile can be manipulated with keyboard.

Keywords:virtual traffic; customization; simulation; virtual driving

基于虛擬現實技術的交通仿真廣泛應用于駕駛體驗、駕駛訓練等[1-3]。然而在駕駛模擬器中，交通場景多是實現制作完成的。用戶不能夠根據自己的需求來設置虛擬交通場景。在此研究可自定制的虛擬交通場景編輯平臺，該平臺可用于構建常見的虛擬交通場景，從而用于駕駛體驗，添加擴展功能后也可用于交通規劃的研究中。

1 虛擬交通場景編輯平臺功能設計

1.1 基礎模型設計

虛擬交通場景的編輯平臺是為了能夠根據用戶需要，由用戶自己建立所需的虛擬交通環境。道路、車輛、行人、紅綠燈以及路旁的景色是構成交通場景的基本元素。作為交通場景基本元素中的必備元素，道路是最為重要的建模對象。實際的交通道路可謂復雜多變。但從本質上講，道路可以分為2種基本類型:直道和彎道[4-5]。為便于編輯虛擬場景，可以將基礎道路分成如圖1所示的12種類型。

在虛擬交通場景的基本元素中，車輛和行人均屬于動態元素。該平臺的主要任務是能夠自定義虛擬交通場景，因而這里選擇了車輛進行研究。

圖1 基礎道路模型

汽車模型主要包含了汽車的外觀和汽車的駕駛行為。相對來說，汽車的外觀通過貼圖來體現，關鍵是汽車的行為建模。在虛擬交通場景的編輯平臺中，設置了2種汽車。一種是受用戶控制的汽車，可以通過鍵盤來控制;另一種是具有智能行為的虛擬自主汽車[6-7]。對于第1種虛擬汽車來說，汽車的運動完全取決于用戶通過鍵盤4個方向鍵的操縱。在此參考了文獻[8-9]給出的視覺行為建模的思想和方法，建立了新手型、穩重型和冒進型3種駕駛行為類型的虛擬自主汽車。虛擬交通場景編輯平臺的核心在于場景的定制功能，因而，將3種行為模型的特征按照表1進行建模。

紅綠燈的種類也非常多，在此建立了常見的十字路口紅綠燈模型，并通過用戶輸入接口來自定義紅燈和綠燈的時間。而黃燈過渡時間則直接設定為2 s，用戶不能自定義。虛擬交通場景中的虛擬自主汽車具有自動識別紅綠燈的功能，從而達到紅燈停、綠燈行的效果。圖2給出紅綠燈的模型。

表1 不同駕駛行為模型的主要特征

行為模型速度特征超車行為

新手型<40從不超車

穩重型<80在左前方看不到車時才超車

冒進型<100從左右側超車

路旁的景色可以作為靜態元素，這里選擇了樹木作為實景建模的對象。在此基礎上，其他靜態景色元素也可以類似。而道路和紅綠燈是虛擬交通場景的必備元素。作為虛擬交通場景的裝飾，樹木的建模比較簡單，這里采用貼圖的方法，建立了圖3的虛擬樹木。

圖2 紅綠燈模型

圖3 虛擬樹木

1.2 系統功能設計

作為一個編輯平臺，系統應能提供基本元素的編輯、交通場景的管理和交通場景的仿真。交通場景的管理主要是對用戶添加的道路、汽車、樹木、交通燈等進行管理。交通場景的仿真則是能夠在定制完交通場景后，可以在虛擬交通場景中完成駕駛體驗。

圖4給出編輯平臺的總體功能設計。

圖4 虛擬交通場景編輯平臺功能設計

2 虛擬場景的編輯

虛擬場景的編輯主要是虛擬道路的拼接。為便于對不同種類的道路進行任意連接，該系統將道路全部設為雙向六車道。道路的拼接最關鍵的便是道路在虛擬交通場景中的坐標。為此，在場景編輯過程中，有2個坐標需要進行轉換。一個是整個虛擬場景的世界坐標，定義為屏幕的最中央，并在此處放置了由用戶控制的虛擬汽車，作為整個虛擬交通場景的零點;另一個是放置模型是鼠標在屏幕中的位置，需要將這個坐標按照虛擬場景的世界坐標進行轉換。

圖5為虛擬交通場景生成的基本流程。

圖5 虛擬交通場景自定制流程

在生成虛擬交通場景時，虛擬道路是必備的元素，但可以跳過添加汽車、交通燈和樹木等虛擬物體。這樣生成的虛擬交通場景僅有道路和受用戶自行控制的虛擬汽車，同樣可以進行駕駛體驗和場景漫游。

3 虛擬交通場景的實例

圖6給出虛擬交通場景編輯平臺的主界面。

圖6 系統主界面

該平臺事先鋪設了草皮，中間的車輛即為受用戶控制的虛擬汽車，也是整個虛擬交通場景的原點。圖7給出了建立一個局部虛擬交通場景的主要過程。

4 結 語

討論了虛擬交通場景的編輯平臺，該平臺提供了典型道路的虛擬模型，用戶能夠自定制所需的虛擬交通場景。通過設置不同駕駛行為模型的虛擬自主汽車、紅綠燈及靜態樹木等，用戶可以通過鍵盤操作受自己控制的虛擬汽車，從而在自行編輯的虛擬交通場景中進行駕駛體驗。

圖7 虛擬交通場景定制示例

參考文獻

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