虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《交通設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

向往 謝媛

長沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 湖南長沙 410114

一、背景

虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進(jìn)行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[1][2]。VR眼鏡和駕駛模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通領(lǐng)域應(yīng)用的兩大重要工具，都能夠?yàn)榻煌▍⑴c者提供全真模擬環(huán)境體驗(yàn)交通演化過程，尤其是駕駛模擬器，在交通設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。趙希等[3]闡述了基于汽車駕駛模擬系統(tǒng)的交通標(biāo)示設(shè)計(jì)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(cè)傾穩(wěn)定性與側(cè)翻預(yù)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(shè)計(jì)的復(fù)雜度進(jìn)行研究。

關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的前人研究成果豐富，以道路和交通設(shè)計(jì)的影響分析和功效研究為主，對如何在《交通設(shè)計(jì)》課程教學(xué)過程中發(fā)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(shè)計(jì)》課程教學(xué)中的應(yīng)用模式。

二、交通設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)

交通設(shè)計(jì)是連接交通理論研究和工程實(shí)踐的紐帶，好的交通設(shè)計(jì)方案既需要設(shè)計(jì)者掌握大量的設(shè)計(jì)理論，又需要豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，《交通設(shè)計(jì)》課程需要向?qū)W生系統(tǒng)地介紹交通設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法和策略等，主要內(nèi)容包括交通問題及其特征分析、交通設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與條件、城市道路交通設(shè)計(jì)、公共汽車交通設(shè)計(jì)、樞紐交通設(shè)計(jì)、停車場交通設(shè)計(jì)、交通安全設(shè)計(jì)、交通語言系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。課程目標(biāo)是讓學(xué)生能夠針對不同的交通問題基于國家設(shè)計(jì)規(guī)范，選擇合適的原則和方法進(jìn)行工程化設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)具有極強(qiáng)的實(shí)踐性，適合采用問題導(dǎo)向教學(xué)法，例如交通語言系統(tǒng)設(shè)計(jì)，除了文字和圖片，還需要更直觀的方式描述語言系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果和對交通參與者的影響。

三、交通設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用模式

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（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(wǎng)絡(luò)、交通流和交通環(huán)境，并將設(shè)計(jì)方案插入仿真場景中，開展人機(jī)交互體驗(yàn)，分析設(shè)計(jì)方案對交通流的影響和與期望效果的差異。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在《交通設(shè)計(jì)》課程教學(xué)中的應(yīng)用可以包含以下三個(gè)部分：

（一）交通網(wǎng)絡(luò)模塊構(gòu)建

交通設(shè)計(jì)以實(shí)際交通網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在教學(xué)過程中，首先需要基于仿真軟件構(gòu)建靜態(tài)的交通網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵硬件設(shè)施，并根據(jù)交通設(shè)計(jì)的需求對模塊進(jìn)行組合與拼接，構(gòu)建具有針對性的交通網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真綜合場景，并為了增強(qiáng)場景的真實(shí)感，構(gòu)建房屋、樹木等交通環(huán)境設(shè)施。

（二）標(biāo)準(zhǔn)化交通流場景構(gòu)建

在交通網(wǎng)絡(luò)模塊的基礎(chǔ)上，采用C#、JAVA等程序語言設(shè)置多樣化交通流的運(yùn)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(shí)方案等動態(tài)交通流進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（三）人機(jī)互動與方案對比

在靜態(tài)和動態(tài)的模擬仿真場景設(shè)計(jì)完成之后，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案開展人機(jī)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(jià)不同交通設(shè)計(jì)方案對駕駛員和行人的影響，尋找最優(yōu)的交通設(shè)計(jì)方案。