對VR模擬訓(xùn)練平臺的探索與研究

苑駟駒　王抵修　欒易非　沈顯赫　付園園

【摘要】汽車駕駛訓(xùn)練平臺將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于汽車虛擬駕駛當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)汽車駕駛的虛擬訓(xùn)練，是一種安全、高效的訓(xùn)練手段。將駕校模擬訓(xùn)練平臺應(yīng)用于駕校培訓(xùn)提高了駕校培訓(xùn)的效率，將各種駕駛途中的路況和突發(fā)事故與改平臺結(jié)合，讓學(xué)員更大程度的學(xué)習(xí)不同路況的駕駛技巧以及對突發(fā)事故的處理方法。

【關(guān)鍵詞】VR模擬 駕校訓(xùn)練 智能設(shè)備

一、引言

現(xiàn)如今，隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，駕駛員非職業(yè)化已成為必然趨勢，VR駕校模擬訓(xùn)練平臺極大的緩解了駕校培訓(xùn)的壓力，改善了駕校面臨的教練少學(xué)員多分配不均勻的問題，對于學(xué)員駕駛技術(shù)的學(xué)習(xí)有著重要的作用，能更快更好地了解汽車性能、掌握實(shí)操科目，引入VR技術(shù)，把虛擬現(xiàn)實(shí)練車和機(jī)器人教練二者融合，利用VR三維逼真效果重塑駕駛場景。這種智能化模式，不僅有利于學(xué)員駕考，而且將會(huì)更好地提升學(xué)員駕駛參與感和安全文明意識。在本次平臺中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了關(guān)于駕校訓(xùn)練虛擬化，引入VR技術(shù)，用來減輕教練負(fù)擔(dān)，并且排除了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的安全隱患。

二、問題分析

1.駕校培訓(xùn)中存在安全隱患。

2.教練與學(xué)生往往是一對多教學(xué)，人員分配不足，教練壓力大，學(xué)員學(xué)習(xí)時(shí)間受限。

以上幾點(diǎn)問題是在普通駕校培訓(xùn)中存在的主要問題，本平臺將設(shè)計(jì)VR模擬訓(xùn)練平臺解決以上幾個(gè)問題。

三、解決方案

對于以上的幾點(diǎn)問題進(jìn)行分析，我分析發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)的教學(xué)模式訓(xùn)練不足以滿足我們的需求，現(xiàn)在我將設(shè)計(jì)并使用VR模擬駕校訓(xùn)練平臺解決以上幾個(gè)問題。

將數(shù)據(jù)流圖如下圖所示：

四、設(shè)計(jì)方案

1.虛擬駕駛場景平臺搭建，人機(jī)交互接口模塊建立。

2.虛擬駕駛培訓(xùn)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、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.場景和聲效數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入，該模塊有機(jī)地整合了場景管理平臺中的其余模塊，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.汽車動(dòng)力學(xué)仿真模塊導(dǎo)入，模擬汽車運(yùn)動(dòng)的汽車動(dòng)力學(xué)仿真模塊包括汽車數(shù)據(jù)模型、汽車動(dòng)力學(xué)模型、汽車運(yùn)動(dòng)仿真和操縱模型等幾個(gè)方面。

5.建立汽車運(yùn)動(dòng)仿真和實(shí)時(shí)操縱模型

根據(jù)汽車動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，建立汽車運(yùn)動(dòng)仿真模型：提出了快速、有效的地形檢測算法，使汽車運(yùn)行中行駛姿態(tài)能根據(jù)地形變化作出相應(yīng)調(diào)整。

五、系統(tǒng)價(jià)值

汽車虛擬駕駛系統(tǒng)是-種集合了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、三維實(shí)時(shí)渲染技術(shù).計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)和多媒體技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的仿真系統(tǒng)。借助于虛擬駕駛系統(tǒng)，能對汽車一駕駛員一道路（環(huán)境）相互作用關(guān)系進(jìn)行研究，為汽車的數(shù)字化設(shè)計(jì)和性能研究提供有力的工具，為道路交通仿真、駕駛員心理和行為特征等提供研究平臺，另外也為汽車駕駛?cè)藛T的培訓(xùn)提供一個(gè)高效、安全、節(jié)能的途徑。因此，VR駕校模擬訓(xùn)練平臺的研究具有理論和實(shí)用的意義，其產(chǎn)品開發(fā)具有廣闊的市場。

六、結(jié)語

隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，VR駕校模擬訓(xùn)練平臺的構(gòu)建，降低了學(xué)車成本，減少的教練的教學(xué)壓力，緩解的駕校學(xué)員學(xué)習(xí)時(shí)間受人數(shù)限制，極大地提高了駕駛的可控性，避免了諸多不必要的安全隱患，最重要的是為學(xué)員提供了一個(gè)隨時(shí)隨地學(xué)車練車的渠道和途徑，讓有限的時(shí)間得到更合理的應(yīng)用，讓駕校練車不在是學(xué)員彼此之間的漫長等待，減少不必要的時(shí)間消耗，充分提高駕校的教學(xué)效率，用一種全新的駕校培訓(xùn)方式，讓學(xué)員從中學(xué)到更加真實(shí)，多樣的駕駛技巧，在模擬平臺中加入不同的路況和突發(fā)事故，提高學(xué)員的駕駛技巧，培養(yǎng)學(xué)員遇到突發(fā)事故的有效處理方案，提高學(xué)員的整體駕駛技術(shù)，從而有利于減少事故的發(fā)生，利用VR技術(shù)，更加真實(shí)的為學(xué)車人員提供更加人性的學(xué)車體系。VR模擬駕駛訓(xùn)練平臺研究的成功，那對傳統(tǒng)的駕駛培訓(xùn)行業(yè)肯定是有相當(dāng)大的改變。逼真的模擬駕駛既能幫助駕校降低教練人工、汽車損耗、安全風(fēng)險(xiǎn)等各方面成本，對于學(xué)員而言，有效的模擬駕駛訓(xùn)練也節(jié)省了外出練車的時(shí)間人力成本等等，最重要的是，讓學(xué)員通過VR模擬駕駛能夠更高效高質(zhì)低費(fèi)用地完成駕駛培訓(xùn)，這絕對是雙贏的選擇。

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