虛擬駕駛場景以及車輛物理系統的研究

劉成

【摘要】 系統以vrp SDK作為二次開發平臺，同力反饋方向盤結合，在場景中設置了不同地形的不同行駛參數，并且對車輛的物理系統進行研究，實驗表明系統較為穩定，比較接近真實駕駛的情況。

【關鍵詞】 虛擬駕駛 力反饋方向盤 物理系統

一、引言

近年來，隨著虛擬現實技術的飛躍發展，虛擬現實和人機交互技術用于模擬駕駛也越來越受人關注，此項技術相對于實車操作成本較低用于駕校模擬練習駕駛也是越來越廣泛。在本文中，結合四川師范大學成龍校區的校園虛擬場景駕駛漫游，進行虛擬駕駛技術的研究。

二、虛擬駕駛場景構建

首先是校園虛擬現實場景的構建，分為以下幾步：

1、建模和場景的優化，首先是一個模型單位的統一，這樣才能保證場景的流暢度，而且后期不會出現問題，大型場景多用簡模。本虛擬駕駛系統是基于VRP開發的，所以建模的工具選用3DS MAX.選擇建四川師范大學成龍校區這個大場景是因為整個校區地形不完全平整，有草地、上坡、下坡等不同的地形，正好適合虛擬駕駛中不同地形的加速度和剎車系統以及摩擦力等等物理系統的模擬。再加上大量建筑和草地、樹木等面數較多的模型，所以在建模的前期就要考慮模型的優化。

2、貼圖的使用，為了系統的運行流暢，在保證烘焙后的貼圖不失真的情況下，考慮某些相同的墻面和建筑面以及樹木和草地可以共用貼圖，這樣可以節省很多GPU計算資源。從而保證了后面加入汽車物理引擎后系統運行的流暢和穩定。

三、虛擬駕駛車輛物理引擎的研究

3.1物理引擎中碰撞檢測技術

在虛擬駕駛系統中，車輛在運動中是一個實時的狀態的剛體，對于地面、周邊的物體、建筑都有可能產生碰撞，所以就要有一個實時檢測碰撞的計算過程，以保證虛擬駕駛的仿真性。而且在本系統中為了讓使用者有更加真實的駕駛感，整個場景設計了不同的地形，如：平路、坡道、高低不平的路面，坑道。不同的地形有不同的摩擦力和碰撞感受，這一部分會在下面車輛對地形的檢測中講到。

系統中碰撞檢測的部分關鍵代碼：

剛體碰撞檢測：

aabb_check， vehicle， 800/600/500， 400/700/300

剛體角速度檢測：

rigid_velocity_test， vehicle， 5

地形阻尼設置：

set_damping， Terrain， 0， 0.7

3.2車輛對地形的檢測

在本系統中的四川師范大學成龍校區場景地形較為豐富，各種類型的地形都有，所以在設計中，不同的地形的阻尼系數、碰撞的檢測數據也是不一樣的。如上坡就要計算汽車的重力加速度減去輪胎摩擦地面產生的加速度。在草地上行走的阻尼設置和平地相比也有區別，這個阻尼大小就要根據模擬真實汽車的環境來進行計算，并且反映到場景中，對不同的地形就要有不同的設置。

草地的力場設置代碼：

set_forcefield_parm， grass， 3， 60/0/50

草地力場綁定汽車代碼：

forcefield_bind， vehicle， grass

3.3力反饋方向盤與VRP系統接口開發

本模擬駕駛系統除了VRP軟件開發平臺，硬件有還有圖形工作站、力反饋方向盤（套）、音響這三塊。力反饋方向盤通過VRP系統SDK二次開發平臺留出的接口進行操作。在vrp SDK預留的接口中，將虛擬駕駛信號輸入功能模塊里面，從而通過外設方向盤、油門、剎車、檔位來控制虛擬場景中車輛的運動狀態。中這里給出部分代碼

方向盤剎車踏板制動代碼：

vehicle_brake， vehicle

方向盤轉向角關鍵代碼：

vehicle_steer_set， vehicle， 30

軟件操作界面：

結語：系統以VRP虛擬現實平臺和力反饋方向盤（套）作為開發工具，以四川師大成龍校區場景作為虛擬駕駛環境，盡量還原真實的駕駛場景。

參 考 文 獻

[1] 尹念東.汽車駕駛模擬器研究現狀與技術關鍵團.湖北汽車丁業學院學報2002，16（4）：7一10.

[2] 陳濤，袁東，吳衡等.頭盔顯示/瞄準系統仿真技術研究陰.系統仿真學報，2008，20（8）：2014一2017.