基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)研究

吳大震

摘 要：在當(dāng)前的社會(huì)當(dāng)中，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，汽車在人們的生活中正在發(fā)揮著越來越重要的作用。而在汽車駕駛技能的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)中，傳統(tǒng)的方法對(duì)于效率和時(shí)間十分注重，然而對(duì)于很多非職業(yè)化駕駛員來說，這種培訓(xùn)方式往往并不適用。因此，基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)的出現(xiàn)，發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用，同時(shí)也具有極為重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

【關(guān)鍵詞】VIRTOOLS 汽車駕駛 仿真系統(tǒng)

在仿真系統(tǒng)當(dāng)中，仿真指的是利用系統(tǒng)模型試驗(yàn)，對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)或已經(jīng)存在的系統(tǒng)進(jìn)行研究。體重，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真的成為數(shù)學(xué)仿真或計(jì)算機(jī)仿真，對(duì)于設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)或真實(shí)存在的系統(tǒng)，利用相應(yīng)的系統(tǒng)模型進(jìn)行試驗(yàn)，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)、研究和分析。在駕駛仿真系統(tǒng)當(dāng)中，通過對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)對(duì)汽車行駛中的運(yùn)動(dòng)、音響、場(chǎng)景進(jìn)行模擬，從而提供真實(shí)的行車場(chǎng)景，方便人們對(duì)駕駛技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

1 基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)遵循良好的人機(jī)交互行原則，滿足構(gòu)想性、交互性、沉浸感等要求。基于逼真的駕駛環(huán)境，對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，合理的選擇軟硬件，更加人性化的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)當(dāng)中能夠，包括軟件和硬件兩個(gè)部分，其中軟件主要包括了操作畫面、網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)管理、操作評(píng)價(jià)、聲響模擬、動(dòng)態(tài)仿真、畫面生成等，硬件則主要包括音響系統(tǒng)、多媒體計(jì)算機(jī)、儀表系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)、模擬駕駛艙等部分。在模擬駕駛艙中主要配備了儀表盤、點(diǎn)火開關(guān)、轉(zhuǎn)向燈開關(guān)、剎車手柄、變速器手柄、油門踏板、剎車踏板、離合器踏板、方向盤等可操縱機(jī)構(gòu)。儀表系統(tǒng)主要包括了離合器、油門、氣壓表、轉(zhuǎn)向燈、計(jì)程表等。在多媒體計(jì)算機(jī)中采用了2.0G以上主頻、1G以上內(nèi)存、128M以上圖形加速卡。利用16為頂級(jí)單片機(jī)采集數(shù)據(jù)、識(shí)別控制信號(hào)，利用Windows串口API函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。在軟件方面，基于Windows操作系統(tǒng)環(huán)境，利用VIRTOOLS對(duì)3DS Max進(jìn)行調(diào)用，從而對(duì)模型進(jìn)行建立和處理。

2 基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真場(chǎng)景創(chuàng)造

在虛擬三維場(chǎng)景當(dāng)中，由于3DS Max技術(shù)能夠發(fā)揮出十分良好的作用，其功能優(yōu)勢(shì)十分強(qiáng)大。因此，在場(chǎng)景模型的實(shí)際創(chuàng)造中，通過對(duì)模型的優(yōu)化、處理、建立等技術(shù)方式的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真場(chǎng)景的創(chuàng)造。在建模過程中，應(yīng)當(dāng)特別注重視覺感知質(zhì)量，保持較高的模型細(xì)節(jié)，從而提供更加真實(shí)的場(chǎng)景。根據(jù)場(chǎng)景中對(duì)不同景物的要求，對(duì)紋理、數(shù)據(jù)、精確度、分辨率等進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇。在模型創(chuàng)造的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)VIRTOOLS、3DS Max等和模型之間的兼容性進(jìn)行考慮。由于VIRTOOLS中具有1Unit為1米的坐標(biāo)單位，因而在3DS Max中也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。在命名模型的過程中，應(yīng)當(dāng)采用英文、拼音等形式，不能有漢字的形式出現(xiàn)。在實(shí)際創(chuàng)造中，要注意對(duì)地形地貌、二維物體、三維物體等模型的建立。完成建模之后，雖然在已經(jīng)處理了單個(gè)模型的顯示、層次等問題，但是在各個(gè)模型之間，仍然沒有在系統(tǒng)模型中進(jìn)行繼承，因此，應(yīng)當(dāng)利用先進(jìn)的建模技術(shù)，基于整體性的系統(tǒng)繼承，修改和優(yōu)化其中存在的問題。

3 基于VIRTOOLS的汽車運(yùn)動(dòng)仿真過程管理

在基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)當(dāng)中，通過對(duì)駕駛者的訓(xùn)練，使其對(duì)汽車駕駛的基本要領(lǐng)進(jìn)行理解和掌握，采用了簡(jiǎn)化的汽車運(yùn)動(dòng)模型，從而對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行仿真。利用固定于汽車的坐標(biāo)系，多汽車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述。因此，在駕駛者在駕駛座位上的時(shí)候，設(shè)定系統(tǒng)默認(rèn)坐標(biāo)系即為汽車本地坐標(biāo)系，從而能夠更加方便的對(duì)場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)的汽車進(jìn)行描述。基于系統(tǒng)的實(shí)際功能需要，應(yīng)當(dāng)滿足上下坡俯仰、轉(zhuǎn)向、倒車、前進(jìn)等操作。駕駛者通過系統(tǒng)中的檔位、剎車、離合、油門、方向盤等部件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的模擬控制。在基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)當(dāng)中，采用了與普通三維動(dòng)畫場(chǎng)景不同的顯示屏幕視景，對(duì)于駕駛操作的實(shí)時(shí)控制，其運(yùn)行變化能夠更好的加以滿足。在模擬駕駛中，能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛者、視景之間實(shí)時(shí)的交互。在汽車運(yùn)動(dòng)過程管理中，對(duì)專家系統(tǒng)的概念進(jìn)行了引入，同時(shí)對(duì)操作錯(cuò)誤、駕駛違章等處理流程進(jìn)行了應(yīng)用，在駕駛者出現(xiàn)了違規(guī)操作情況時(shí)，系統(tǒng)能夠做出反應(yīng)，糾正和規(guī)范駕駛者的駕駛行為和駕駛習(xí)慣。

4 基于VIRTOOLS的汽車駕駛仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在完成模型生成、汽車運(yùn)動(dòng)控制之后，利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件，通過先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)已經(jīng)完成的靜態(tài)模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而為駕駛者提供一個(gè)可視化、豐富的交互界面。首先需要按照1：1的比例對(duì)場(chǎng)景模型進(jìn)行導(dǎo)入，在對(duì)汽車模型進(jìn)行單獨(dú)導(dǎo)入的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)的比例，對(duì)其進(jìn)行縮放，從而對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行匹配。在創(chuàng)建汽車引擎的BB模塊當(dāng)中，利用VIRTOOLS能夠集合汽車的基本性能參數(shù)，對(duì)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)不同汽車的物理特性。在碰撞檢測(cè)方面，主要是針對(duì)汽車與運(yùn)動(dòng)物體、地上景物、地面等發(fā)生的碰撞，對(duì)場(chǎng)景物體進(jìn)行碰撞處理。利用跟隨相機(jī)，對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)的過程進(jìn)行記錄，采用正確的角度、方向等與車體運(yùn)動(dòng)連接。為了更加真實(shí)的營(yíng)造行車環(huán)境，通過VIRTOOLS聲音播放器對(duì)喇叭、剎車、引擎的聲音進(jìn)行模擬，同時(shí)對(duì)各種不同的天氣環(huán)境進(jìn)行創(chuàng)造，模擬出更加真實(shí)的行車場(chǎng)景。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，汽車已經(jīng)成為了當(dāng)前最為主要的交通工具之一。隨著汽車保有量的不斷增加，對(duì)于汽車駕駛學(xué)習(xí)的要求也更高。傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式逐漸難以滿足實(shí)際需求，因此，可以利用VIRTOOLS技術(shù)，對(duì)汽車駕駛仿真系統(tǒng)進(jìn)行建立，通過相應(yīng)的模型和場(chǎng)景模擬實(shí)現(xiàn)，從而在逼真的環(huán)境中對(duì)駕駛員進(jìn)行訓(xùn)練。

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作者單位

江蘇省連云港市贛榆縣國(guó)土資源局 江蘇省連云港市 222000