《汽車駕駛模擬器》word版

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1、汽車駕駛模擬器的研究方法及步驟一、虛擬現(xiàn)實(shí)建模方法1、幾何建模2、運(yùn)動(dòng)建模（1）物體位置物體位置包括物體的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放。在視景仿真中，不僅需要一個(gè)全局性的絕對坐標(biāo)，每個(gè)三維對象都需要建立一個(gè)相對坐標(biāo)。對每個(gè)對象都給予一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，稱之為對象坐標(biāo)系統(tǒng)，這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)的位置隨物體的移動(dòng)而改變。在虛擬駕駛系統(tǒng)中就是通過控制一個(gè)汽車局部坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)和變化來模擬汽車的運(yùn)動(dòng)過程。（2）碰撞檢測在視景仿真系統(tǒng)中，經(jīng)常需要檢查對象A是否與對象B碰撞。碰撞檢測需要計(jì)算兩個(gè)物體的相對位置。許多視景仿真系統(tǒng)在實(shí)時(shí)計(jì)算中都是采用OBB包圍盒檢測法，運(yùn)用這種方法可以節(jié)省時(shí)間，但降低了精確性。3、物理建模

2、虛擬對象物理建模包括定義對象的質(zhì)量、重量、慣性、表面紋理、光滑或粗糙、硬度、形狀改變模式（橡皮帶或塑料）等，這些特性與幾何建模和行為規(guī)則結(jié)合起來，形成了更真實(shí)的虛擬物理模型。4、行為建模在虛擬駕駛系統(tǒng)中，行為建模主要包括兩個(gè)方面，一方面是對駕駛員所操縱的汽車的行為進(jìn)行約束，建立汽車操縱模型，使其符合汽車自身的運(yùn)動(dòng)和駕駛?cè)藛T的操作步驟；另一方面是對場景中非受控物體的行為進(jìn)行建模，使其的運(yùn)動(dòng)符合自然規(guī)律，比如場景中自動(dòng)運(yùn)行的汽車、路旁的行人等。5、模型分割二、虛擬駕駛系統(tǒng)各模塊功能分析和開發(fā)方案確定1、汽車虛擬駕駛系統(tǒng)的構(gòu)成汽車虛擬駕駛系統(tǒng)主要由虛擬駕駛操作輸入系統(tǒng)、汽車動(dòng)力學(xué)模型、運(yùn)動(dòng)

3、仿真模型、實(shí)時(shí)操縱模型、場景管理管理平臺(tái)、視景和聲音渲染輸出以及汽車數(shù)據(jù)模型庫、場景模型庫和聲音模型庫等組成。其中汽車動(dòng)力學(xué)模型、運(yùn)動(dòng)仿真模型、實(shí)時(shí)操縱模型和虛擬駕駛場景管理平臺(tái)是汽車虛擬駕駛系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作過程如下：在系統(tǒng)初始化時(shí)，根據(jù)用戶的需求從汽車數(shù)據(jù)模型庫中將用于仿真的車輛數(shù)據(jù)模型調(diào)入到動(dòng)力學(xué)模型中，同時(shí)選擇運(yùn)行的三維場景，通過模型解析模塊把它從場景數(shù)據(jù)庫中調(diào)入場景管理平臺(tái)；在仿真過程中，駕駛?cè)藛T通過虛擬駕駛操作輸入系統(tǒng)進(jìn)行模擬駕駛操作，人機(jī)交互接口將油門、制動(dòng)、換檔和轉(zhuǎn)向等動(dòng)力學(xué)操作信息以及發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、喇叭鳴笛等按鈕操作狀態(tài)送入汽車動(dòng)力學(xué)模型和實(shí)時(shí)操縱模型中；經(jīng)

4、過仿真計(jì)算后，汽車運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)據(jù)被送入運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)模塊中控制場景內(nèi)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)汽車的行駛姿態(tài)還受到地面因素的影響；然后，場景管理控制模塊根據(jù)此時(shí)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過視景渲染模塊將三維場景在投影屏幕上實(shí)時(shí)反映出來，模擬視景變化，形成行車體感，并且通過虛擬儀表輸出此時(shí)的汽車運(yùn)行參數(shù)。另外，為了增強(qiáng)虛擬駕駛的沉浸感，系統(tǒng)還安裝有音響系統(tǒng)，根據(jù)駕駛?cè)藛T的操作和汽車運(yùn)行的狀態(tài)，從聲音模型庫中調(diào)出相應(yīng)的聲音特效，如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴聲、喇叭鳴笛聲、緊急制動(dòng)等通過聲音渲染模塊輸出。2、虛擬駕駛操作輸入系統(tǒng)模擬駕駛輸入系統(tǒng)是用來模擬汽車駕駛艙中的駕駛操作機(jī)構(gòu)，它配備了方向盤、檔位操縱桿、離合器踏板

5、、制動(dòng)踏板、油門踏板以及其他輔助裝置。在駕駛模擬過程中，駕駛員可以根據(jù)渲染場景的變化和儀表的顯示，操縱輸入系統(tǒng)中的方向盤、離合器、制動(dòng)器、油門和檔位操縱桿等部件，人機(jī)交互模塊將這些操作信息送入汽車動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算后，對場景中運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)的位置和方向做出相應(yīng)的調(diào)整，并將仿真結(jié)果輸出到顯示屏上，從而對駕駛過程進(jìn)行模擬。3、虛擬駕駛場景管理平臺(tái)虛擬駕駛場景管理平臺(tái)各子模塊的功能如下：1)人機(jī)交互接口模塊：該模塊將各種駕駛操作輸入信號經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入汽車動(dòng)力學(xué)模塊中進(jìn)行計(jì)算，形成控制場景運(yùn)動(dòng)和渲染的信號，是駕駛操作系統(tǒng)、場景管理平臺(tái)和汽車動(dòng)力學(xué)模型之間的橋梁。2)運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)模塊：該模塊

6、根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)模塊的計(jì)算結(jié)果，模擬出符合汽車運(yùn)動(dòng)特性的運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)，并輸入到場景管理控制模塊中。3)場景管理控制模塊：該模塊有機(jī)地整合了場景管理平臺(tái)中的其余模塊，并且和汽車的動(dòng)力學(xué)模塊結(jié)合起來，通過處理消息函數(shù)，完成場景調(diào)入、人機(jī)交互、聲效處理和視景渲染等內(nèi)容。4)視景、聲效和操作界面渲染模塊：視景渲染模塊根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算好的運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)控制參數(shù)和位置信息，通過一系列變換后將虛擬場景渲染到顯示投影設(shè)備上，并提供給駕駛者，實(shí)現(xiàn)虛擬汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)相對于周圍環(huán)境運(yùn)動(dòng)畫面的連續(xù)顯示，以形成行車效果。聲效輸出模塊可以根據(jù)當(dāng)前的汽車運(yùn)行狀態(tài)和操作人員的輸入，模擬輸出此時(shí)汽車運(yùn)行時(shí)發(fā)出的各種聲音，例

7、如：發(fā)動(dòng)機(jī)的轟鳴聲、喇叭鳴笛、汽車運(yùn)行的風(fēng)聲等。操作界面渲染模塊主要實(shí)現(xiàn)汽車駕駛輔助信息和虛擬儀表的顯示。5)模型解析模塊：虛擬駕駛系統(tǒng)中的場景模型經(jīng)過3D建模軟件制作后存為某種固定的格式，該模塊將模型從這種格式中解析出來，并且進(jìn)行必要的優(yōu)化，提高場景檢索速度，提升渲染質(zhì)量?？墒褂肈irectX、OpenGL等提供的函數(shù)庫設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)視景渲染、三維模型解析、運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)、人機(jī)交互和聲音處理等基礎(chǔ)類庫，構(gòu)建汽車虛擬駕駛場景管理平臺(tái)。4、場景和聲效數(shù)據(jù)庫5、汽車動(dòng)