虛擬現實技術在《交通設計》課程教學中的應用探索

向往 謝媛

長沙理工大學交通運輸工程學院 湖南長沙 410114

一、背景

虛擬現實(Virtual Reality，VR)是以計算機技術為核心，結合相關科學技術，生成與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面高度近似的數字化環境，用戶借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用、相互影響，可以產生親臨對應真實環境的感受和體驗[1][2]。VR眼鏡和駕駛模擬器是虛擬現實技術在交通領域應用的兩大重要工具，都能夠為交通參與者提供全真模擬環境體驗交通演化過程，尤其是駕駛模擬器，在交通設計領域廣泛應用。趙希等[3]闡述了基于汽車駕駛模擬系統的交通標示設計方法；余貴珍等[4]針對不同道路彎道半徑研究了車輛彎道行駛側傾穩定性與側翻預警功效；趙曼[5]采用汽車駕駛模擬器基于駕駛員注意力需求對道路線形設計的復雜度進行研究。

關于虛擬現實技術在交通設計領域應用的前人研究成果豐富，以道路和交通設計的影響分析和功效研究為主，對如何在《交通設計》課程教學過程中發揮作用的研究較少。因此，本文從微觀層面探索汽車駕駛模擬器在《交通設計》課程教學中的應用模式。

二、交通設計課程的特點

交通設計是連接交通理論研究和工程實踐的紐帶，好的交通設計方案既需要設計者掌握大量的設計理論，又需要豐富的工程實踐經驗。因此，《交通設計》課程需要向學生系統地介紹交通設計的基本概念、設計原則、設計方法和策略等，主要內容包括交通問題及其特征分析、交通設計基礎與條件、城市道路交通設計、公共汽車交通設計、樞紐交通設計、停車場交通設計、交通安全設計、交通語言系統設計等。課程目標是讓學生能夠針對不同的交通問題基于國家設計規范，選擇合適的原則和方法進行工程化設計，解決存在的擁堵或者安全問題。

該課程所涉及的城市道路、公共汽車、交通樞紐、停車場等交通設計具有極強的實踐性，適合采用問題導向教學法，例如交通語言系統設計，除了文字和圖片，還需要更直觀的方式描述語言系統的設計效果和對交通參與者的影響。

三、交通設計課程中的應用模式

虛擬現實技術（如駕駛模擬器和VR眼鏡）可以基于仿真建模軟件全真模擬交通網絡、交通流和交通環境，并將設計方案插入仿真場景中，開展人機交互體驗，分析設計方案對交通流的影響和與期望效果的差異。因此，虛擬現實技術在《交通設計》課程教學中的應用可以包含以下三個部分：

（一）交通網絡模塊構建

交通設計以實際交通網絡為基礎，在教學過程中，首先需要基于仿真軟件構建靜態的交通網絡模塊，包含路段、信號燈、交叉口、公交車站、交通樞紐、停車場等交通網絡中的關鍵硬件設施，并根據交通設計的需求對模塊進行組合與拼接，構建具有針對性的交通網絡虛擬仿真綜合場景，并為了增強場景的真實感，構建房屋、樹木等交通環境設施。

（二）標準化交通流場景構建

在交通網絡模塊的基礎上，采用C#、JAVA等程序語言設置多樣化交通流的運行，面對不同的交通問題，對車流密度、車輛流量流向、行人流量流向、道路阻斷、信號配時方案等動態交通流進行設計。

（三）人機互動與方案對比

在靜態和動態的模擬仿真場景設計完成之后，學生設計實驗方案開展人機互動，分別以駕駛員和行人的身份參與到仿真場景中，對比評價不同交通設計方案對駕駛員和行人的影響，尋找最優的交通設計方案。