基于VR技術的駕考系統(tǒng)

唐雪 張燕 袁敏智 吳歡 周翌昕

摘要：隨著全面小康社會的形成，我國的駕車人數(shù)呈爆炸式增長趨向，駕駛培訓行業(yè)供需不平衡的現(xiàn)象始終呈現(xiàn)，而傳統(tǒng)駕培行業(yè)因為進入門檻高、信息不對稱，招致駕培進程出現(xiàn)大批的亂象。為了緩解駕駛培訓市場的供需不平衡，國家實施了駕駛考試改革試點政策，在“群眾性創(chuàng)業(yè)、各種創(chuàng)新”理念的呼喚下，全國范圍內(nèi)VR駕駛的創(chuàng)業(yè)理念應運而生。VR駕駛培訓新模式為駕駛培訓行業(yè)的發(fā)展帶來了新的可能性，必將導致傳統(tǒng)駕駛培訓行業(yè)的深刻變革。

關鍵詞：VR技術；傳統(tǒng)駕考；駕駛培訓；沉浸式訓練；三維虛擬

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）011-0264-02

在現(xiàn)行的駕駛考試制度下，腐敗、潛規(guī)則等現(xiàn)象使駕駛學校面臨越來越大的壓力，許多駕駛學校因所謂的套餐、快速考試而盲目爭奪學生，但由于自身的消化能力嚴重不足。公眾輿論認為迫切需要改變這一尷尬的生存局面，而驅(qū)動型學校產(chǎn)業(yè)的發(fā)展制約著驅(qū)動型學校產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。當前駕培市場現(xiàn)狀是學員不滿意。傳統(tǒng)駕駛培訓行業(yè)由于進入門檻高，造成供需嚴重失衡，“吃牌”現(xiàn)象突出，傳統(tǒng)駕駛市場混亂。其次傳統(tǒng)駕校價格是不透明的，信息是不透明的。一些駕駛學校為了搶占學生的生源，以低于市場價格的手段吸引學生，學生們經(jīng)過額外的加油、加時、上校車、考試費用等，使學生痛苦不堪。VR駕駛培養(yǎng)方興未艾。隨著政策的開放，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)家不斷涌入，云驅(qū)動公司平臺迅速擴大，加快建立大規(guī)模運營，讓學生選擇自己的教練，注重駕駛體驗和培訓，并為駕駛行業(yè)帶來發(fā)展，新的可能性。公眾對VR駕駛和培訓的意識較低。經(jīng)過兩年的發(fā)展，基于VR駕駛的培訓已經(jīng)初具規(guī)模，但我們發(fā)現(xiàn)，公眾對基于VR駕駛和培訓的認識普遍較低，只有23%的人對基于VR駕駛和培訓有明確的認識。這種情況也極大地阻礙了VR驅(qū)動和培訓的進一步發(fā)展。

1 研究目標和方法

目的：提供一種基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的三維駕駛考試模擬系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，以提高學生駕駛的效率。

采用以下方案實現(xiàn)：涉及一種基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的三維駕駛測試仿真系統(tǒng)，包括汽車模擬輸入裝置、處理器和三維顯示裝置。所述的汽車模擬輸入裝置和三維顯示裝置與所述處理器連接。一種汽車模擬輸入裝置，包括起動鍵、方向盤、離合器踏板、制動踏板、油門踏板、手動變速器和手制動鍵。該處理器包括物理引擎系統(tǒng)，反饋汽車模擬輸入裝置的輸入信息，同時處理三維顯示裝置的三維場景。所述三維顯示裝置用于根據(jù)用戶的視角為用戶提供三維體驗和實時變化的實時三維場景內(nèi)容。此外，在車輛模擬

輸入裝置中，使用啟動按鈕模擬車輛的點火啟動過程，用方向盤模擬車輛的方向盤輸入 。離合器、制動器、變速箱、手動變速箱和手制動按鈕[1]共同構成一個動力系統(tǒng)來模擬車輛的運動過程。此外，方向盤的輸入是正的和負的一半轉(zhuǎn)動，并且方向盤的轉(zhuǎn)動角度與車輛的前輪成比例。此外，手制動按鈕用于強制車輛的功率輸出為0，使車輛處于靜止狀態(tài)。此外，三維圖形顯示裝置是一種專業(yè)的三維圖形顯示裝置，它捕捉人頭的運動并反饋給處理器以跟蹤用戶的姿勢，此外，所述三維圖形顯示裝置包括多個攝像機，以提供對車輛軌跡的多角度觀察。

一種基于沉浸式虛擬現(xiàn)實的三維駕駛測試仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)方法包括以下步驟[2]：

步驟S1：用戶佩戴所述三維圖形顯示裝置，并通過所述處理器的圖形渲染獲得汽車駕駛的三維仿真場景；

步驟S2：用戶操作在汽車模擬輸入裝置上，將汽車模擬輸入裝置的輸入信息傳送給處理器，相應的動作屏幕和聲音立即出現(xiàn)在處理器的接口上。處理器根據(jù)汽車模擬輸入裝置的輸入信息判斷駕駛情況，反映用戶誤操作的相應處理，包括汽車滅火、汽車碰撞、汽車位移。

綜上所述，該方法將三維顯示設備與物理引擎技術相結合，開發(fā)了一套基于更專業(yè)駕駛設備的駕駛考試培訓三維仿真系統(tǒng)，為學生提供了身臨其境的駕駛感覺。

研究流程圖如圖1所示。

2 研究過程和結果

目前，我國的駕駛培訓體系主要有兩種類型：一是以駕駛學校為培訓場所，這種傳統(tǒng)的駕駛培訓具有周期長、投資高、風險高等缺點。此外，駕駛學校的學生被教練教導參加考試。根據(jù)客車被動駕駛的參照點，有些學生拿到駕照后不敢上路，實際駕駛經(jīng)驗還不夠。駕駛考試學生的靈活性非常有限。二是國內(nèi)簡易培訓車輛駕駛模擬器，具有成本低、功能單一、畫面粗糙、缺乏自主知識產(chǎn)權等特點。存在的主要問題是：（1）交互功能差；學生面對二維屏幕，輸入輸出設備體驗差，無法提供一種駕駛感覺。（2）雖然內(nèi)建車輛動力學仿真，但其仿真內(nèi)容并不全面。無法完成汽車在不同工況下的性能，如碰撞等功能沒有得到很好的完成。目前，缺乏一套專門的駕駛測試訓練三維模擬訓練系統(tǒng)。因此，針對駕駛考試學生的學習需求，提供三維仿真訓練系統(tǒng)是對學生的必然要求?；诔两教摂M現(xiàn)實技術，可以增加學生的沉浸式體驗，提高學生的學習效率。

基于真實駕駛測試室的三維模擬試車室，使學生能夠在第二、第三科目之前提前進行相應的駕駛訓練，為以后的駕駛訓練和正常的駕駛訓練提供了很好的幫助。

與現(xiàn)有技術相比，基于車輛動力學模型和虛擬現(xiàn)實技術的三維虛擬現(xiàn)實駕駛模擬訓練系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）沉浸式虛擬現(xiàn)實體驗：與傳統(tǒng)駕駛培訓相比，沉浸式虛擬現(xiàn)實體驗為學生提供了身臨其境的體驗，使他們能夠在更真實的三維環(huán)境中進行駕駛考試培訓，并在提高學習效率的同時提供學習效率。它具有省錢、無危險、重復性好、易于理解等優(yōu)點。

2）完善的車輛動力學模型：在仔細分析車輛動力系統(tǒng)的基礎上，將車輛動力系統(tǒng)分為三個模塊：運行控制模塊、動力模塊和車輪模塊。這三個模塊分別實現(xiàn)了駕駛員與車輛動力學系統(tǒng)的交互、動態(tài)數(shù)據(jù)的計算、機械動作以及運動狀態(tài)的仿真。更完整的車輛動態(tài)模型和物理引擎對手動學生的學習提出了更嚴格的要求。

3）逼真的駕駛考試場景訓練：駕駛考試模擬訓練場景的建模以真實考場的比例為基礎，在普通訓練中完成對考場的熟悉任務。這將在很大程度上防止學生在實際考試中開車走錯路，甚至在倒車進入倉庫時找不到車庫，并將大大提高考試的及格率?？紙鰣鼍翱筛鶕?jù)具體考試地點進行變換。

4）準攝像機觀察模式：在訓練過程中，學生可以通過快捷鍵切換攝像機來改變視角，便于學生根據(jù)自己的需要從合適的角度觀察車輛軌跡。例如，當反向方向盤右轉(zhuǎn)至死時，汽車的四個輪子就會后退。多攝像機觀察模式的引入，使學生在實際駕駛過程中能夠清晰地學習和解決一些令人費解的環(huán)節(jié)[3]。

5）車輛駕駛指導：此功能在缺省情況下關閉，學生需要時按快捷鍵打開。汽車駕駛引導功能是指在汽車行駛時，根據(jù)汽車的當前位置實時提示最佳行駛路徑的系統(tǒng)。引導學生在日常訓練中養(yǎng)成選擇最佳駕駛路徑的意識習慣。

3 研究結論

推進教練信用評價體系透明化，設置刷好評預警機制，杜絕差評篩選過濾的行為，嚴厲制止刷單行為，防止教練利用刷好評的方法招攬學員。通過評價機制體系的透明化倒逼服務水平提高。

培育云駕培主體，創(chuàng)新資源配置方式監(jiān)管部門定期對云端駕培公司進行評估。對經(jīng)營較好的云端駕培公司提供相關便利條件，培養(yǎng)一批素質(zhì)過硬、服務優(yōu)良的教練群體，進一步培育其發(fā)展成熟； 同時要創(chuàng)新駕培市場的資源配置方式，駕校提供學車撮合平臺，學員反饋學車體驗并進行教練評價，提高教練與學員之間匹配率。

搭建 C2C 學車撮合平臺[4]，探索多元化的教培模式云端駕培公司需要搭建遍及全國的教練員與學員交互平臺。云端駕培平臺需要根據(jù)學員定位、教練員綜合評價分、學員要求等考核項，運用云計算的技術向?qū)W員推薦符合學員自身要求的優(yōu)質(zhì)教練，提高學員選擇教練的效率； 探索多元化的教培模式。在 App 上深化大數(shù)據(jù)、云計算的利用，將學員的駕駛錯誤信息經(jīng)過整理計算同步到對應教練端[5]，讓教練熟悉每個學員存在的個性化的問題，提供個性化的教學，有效地提高學員的學習效率，同時為教練提高自身口碑，提高駕校整體考試通過率，積累駕校良好的口碑。

導入 VR 練車仿真課程[6]，提升學員學車效率駕培過程中可以通過 VR 技術模擬真實考場，方便學員反復訓練； 通過 VR 技術打破空間和時間的束縛，使學員足不出戶完成學習提高培訓效率。

學員檔案聯(lián)網(wǎng)化管理[7]，實現(xiàn)異地學車學員往往由于異地求學、異地工作而暫時擱置原居住地的學車計劃，而學車計劃的暫時中斷不利于學員后續(xù)的學習。推進檔案聯(lián)網(wǎng)化就可以實現(xiàn)異地學車，大大縮減了學員的學車周期，提高了通過率和培養(yǎng)效果。

細化駕培訓練場多主體并存時的責任界定規(guī)定每個面積檔次的場地最多可容納的駕校數(shù)量，設定教練車數(shù)量上限，保證訓練場地有充足的訓練空間，在源頭上降低事故發(fā)生率。并要求傳統(tǒng)駕校與云端駕培簽訂場地租賃合同時[8]，將責任規(guī)定細則寫入合同中，多方面地加強駕培訓練場地規(guī)范化管理。

參考文獻：

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[8] 羅毅.人機交互開發(fā)[J].VR技術與工作原理，2004，22（2）：55.

【通聯(lián)編輯：聞翔軍】