基于OGRE車輛交通事故的三維動態(tài)重現(xiàn)

范世博，卜凡亮

（中國人民公安大學信息技術與網(wǎng)絡安全學院，北京 102623）

0 引言

近年來，我國機動車的數(shù)量猛增，全國的大中小城市都面臨著不同程度的交通擁擠狀況，交通事故情況也呈現(xiàn)上升趨勢[1]。在傳統(tǒng)的交通事故分析方法中主要為現(xiàn)場的勘察，對事故的記錄也僅僅局限于文字和圖片信息，導致在分析事故的過程中缺乏全面性和直觀性。同時工作人員還需要對現(xiàn)場進行完整的保護，因此為了保護現(xiàn)場往往會加重道路交通的擁堵狀況，給車輛的行駛帶來不便。針對這種問題，本文提出利用計算機動畫技術結(jié)合三維引擎，對交通事故進行動態(tài)的三維重現(xiàn)，快速地再現(xiàn)車輛交通事故的全過程，這樣不僅可以對交通事故進行形象化、直觀化的記錄，而且還可以快速地清除車輛事故現(xiàn)場，保持道路的順暢。在本文中，通過對三維引擎OGRE（Object-Orient?ed Graphics Rendering Engine）分析并了解其動畫原理，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，完成了對車輛交通事故過程的三維動態(tài)重現(xiàn)。

1 三維引擎OGRE

三維引擎OGRE是用C++語言開發(fā)面向場景的三維引擎，是一個成熟、穩(wěn)定、可靠、靈活的三維平臺，而且擁有豐富功能實時三維圖形庫。三維引擎OGRE是開源的，可以通過查看源碼的方式來更好地了解其內(nèi)部構造和工作原理，方便研究人員的開發(fā)和利用。

在OGRE中要重點了解場景管理器，場景管理器（SceneManager）是OGRE引擎中極其重要的組成概念[2]。所有場景圖的具體執(zhí)行過程都來自SceneMan?ager類。在場景管理器中為用戶提供了場景節(jié)點Node，用于懸掛模型實體Entity。OGRE三維引擎中，模型實體必須綁定場景節(jié)點，這樣才能在渲染窗口中被顯示。同樣場景中的地面、天空、攝像機以及燈光都需要與相應的場景節(jié)點所綁定才是實現(xiàn)效果。在OGRE中用attachObject（）函數(shù)就可以實現(xiàn)場景節(jié)點的綁定[3]。

模型實體與場景節(jié)點綁定后，對場景節(jié)點進行旋轉(zhuǎn)、縮放、平移的操作就相當于模型實體相應的操作。在進行車輛交通事故的三維動態(tài)仿真時，主要用到三維引擎OGRE中的場景節(jié)點動畫以及關鍵幀動畫。通過對場景節(jié)點的平移、旋轉(zhuǎn)操作來設置不同的關鍵幀畫面，OGRE會通過插值方式來計算關鍵幀畫面之間的運動軌跡，設置完多個關鍵幀畫面后，加載動畫并以啟動就可以實現(xiàn)場景節(jié)點動畫，也就實現(xiàn)了模型實體的動畫過程。

2 車輛交通事故的動態(tài)重現(xiàn)

2.1 道路的模型加載

重現(xiàn)車輛的交通事故，首先要對道路模型的加載和顯示。本文采取的方法為是通過創(chuàng)建地面，然后將紋理貼圖貼在地面上，形成地面道路模型，不同的紋理貼圖就形成了不同的地面道路模型。在這里，紋理貼圖的像素越高，在OGRE渲染窗口顯示的效果就越好。在OGRE中通過createPlane（）函數(shù)創(chuàng)建地面，在創(chuàng)建地面時要說明地面的法線以及位置，同時還要設置好地面的大小，以及紋理貼圖的次數(shù)為1次。

通過以上程序就在OGRE渲染界面中創(chuàng)建了一個大小為1500×1500，且垂直于Y軸的平面。創(chuàng)建完平面后要對該平面添加材質(zhì)貼圖，需設置一個材質(zhì)腳本，通過編譯設置材質(zhì)腳本來實現(xiàn)平面的貼圖過程。在材質(zhì)腳本中，設置材質(zhì)的名稱為My Test Material，并為其添加紋理單元。

不同的紋理單元，加載顯示的道路模型就不同。本文加載的為丁字馬路的紋理單元，來構建丁字馬路的模型。設置完材質(zhì)腳本后，使用set Material Name（）函數(shù)來為地面設置材質(zhì)。

當然創(chuàng)建的平面也要與場景節(jié)點進行綁定。構建完馬路的模型后，然后添加一些房屋和樹木以及事故發(fā)生的車輛模型，這樣整個交通事故現(xiàn)場的三維場景就初步搭建完畢。圖1為設置加載地面模型，并加載了房屋和樹木模型的事故現(xiàn)場三維圖。

圖1 交通事故現(xiàn)場的三維場景圖

2.2 交通事故的動態(tài)重現(xiàn)

交通事故現(xiàn)場搭建完畢后，就需要設置關鍵幀畫面，在關鍵幀畫面中設置車輛模型所綁定場景節(jié)點的位置信息和旋轉(zhuǎn)信息，通過設置多個關鍵幀畫面來實現(xiàn)事故動態(tài)的全過程。

在OGRE三維引擎中實現(xiàn)場景節(jié)點動畫首先要定義動畫，利用create Animation（）函數(shù)來設置動畫的名稱和時間長度，并用set Interpolation Mode（）來說明關鍵幀動畫之間的插值方式。本文采取的為IM_SPLINE樣條插值，采用樣條插值方式好處是可以使整個動畫過程更協(xié)調(diào)。然后要定義一個動畫軌跡，并用create No?deTrack（）函數(shù)來指定這個軌跡是作用到哪個特點的場景節(jié)點。接下來的旋轉(zhuǎn)、平移操作就是針對該節(jié)點。

隨后要在動畫時間內(nèi)，定義動畫軌跡所包含的關鍵幀。使用 set Translate（）函數(shù)、set Rotation（）函數(shù)來設置關鍵幀在每一個時間點上場景節(jié)點的位置和旋轉(zhuǎn)信息。其中需要注意的是在使用set Rotation（）函數(shù)來設置旋轉(zhuǎn)信息時參數(shù)是為四元數(shù)，其次在某個關鍵幀畫面中場景節(jié)點的旋轉(zhuǎn)和平移信息沒有變動，也要在該關鍵幀中設置節(jié)點的所有狀態(tài)信息[5]。

一個動畫軌跡只能設置和實現(xiàn)一個場景節(jié)點的動畫，也就是說只能實現(xiàn)一個模型實體的動畫。而實際中動態(tài)過程中并不僅僅為一個模型，所以要設置多個運動軌跡對應不同的場景節(jié)點，從而使動畫過程中模型的多個化。設置完多個運動軌跡和動畫后，需要對所設置動畫的狀態(tài)，啟動所定義的動畫，然后就完成了整個車輛交通事故動態(tài)過程的重現(xiàn)。

3 事故動態(tài)過程的結(jié)果呈現(xiàn)

本文模擬了一輛大巴車和一輛小轎車相撞的交通事故。圖2顯示了兩輛車的相撞前的起始幀畫面。

圖2 交通事故的起始幀畫面

圖3顯示了車輛相撞瞬間以及相撞過程中的關鍵幀畫面。

圖3 車輛相撞過程的關鍵幀畫面

圖4 車輛相撞后的關鍵幀畫面

圖4顯示了車輛相撞后的關鍵幀畫面。

通過對整個動態(tài)過程的截取，顯示了此次兩輛車相撞的交通事故動態(tài)全過程，實現(xiàn)了在三維引擎OGRE中重現(xiàn)交通事故的動態(tài)全過程。

4 結(jié)語

本文基于OGRE三維引擎，利用場景節(jié)點動畫、關鍵幀動畫等計算機動畫技術，設計實現(xiàn)了道路模型的加載，通過設置關鍵幀畫面中場景節(jié)點的位置和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信息，以及多個動畫的設置，動態(tài)重現(xiàn)了道路中車輛相撞的交通事故。通過對交通事故的動態(tài)重現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)交通事故信息記錄的單一性，使事故信息的記錄更形象化、直觀化，解決因保護現(xiàn)場而引發(fā)的交通擁堵狀況，對實際的交通事故分析中起到幫助作用。

參考文獻：

[1]崔海龍.基于Vega交通事故的3D場景仿真重現(xiàn)[J].電腦知識與技術，2014，10（30）:7182-7185.

[2]李韌,李妮,龔光紅.基于Ogre的三維仿真場景渲染關鍵技術研究[J].系統(tǒng)仿真學報，2017，29（S1）:161-166+172.

[3]甘建偉,劉晶,張蒙蒙,呂戌杪.OGRE中Mesh模型加載方法的研究與實現(xiàn)[J].科技經(jīng)濟導刊，2018（01）:3-6.

[4]張輝.交通事故三維動畫模擬系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].南京理工大學，2005.

[5]Gregory Junker.ProOGRE 3D Programming[M].New York：Apress，2006：171-189，37-51．