基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新型駕培模式設(shè)計(jì)

王韜　章穎芳　儲(chǔ)蕾芳

【摘 要】為了緩解駕培市場(chǎng)壓力，提高用戶在駕培階段的機(jī)動(dòng)車駕駛能力，通過(guò)對(duì)當(dāng)前駕培行業(yè)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，探討傳統(tǒng)駕培行業(yè)的發(fā)展方向，引入虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)駕培模式進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)，構(gòu)建基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的全新一體化機(jī)動(dòng)車駕駛能力培養(yǎng)模式。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí);駕培模式;用戶體驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1007-0125（2020）10-0123-02

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藬?shù)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，駕駛技能作為將來(lái)社會(huì)必備的生活技能，有駕培需求的用戶群體也越來(lái)越多，駕培行業(yè)的市場(chǎng)缺口也逐漸拉大，隨之而來(lái)的各種問(wèn)題也慢慢顯露。

一、當(dāng)前駕培行業(yè)存在的問(wèn)題及發(fā)展方向

依據(jù)公安部交管局公布的官方消息，2018年上半年，全國(guó)新領(lǐng)證駕駛?cè)藬?shù)量達(dá)1325萬(wàn)人，而截止到2016年，國(guó)內(nèi)共有駕培機(jī)構(gòu)16512家，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前駕培市場(chǎng)需求。

駕培行業(yè)供求失衡，直接導(dǎo)致了駕培過(guò)程中亂象叢生。傳統(tǒng)駕培采用的一對(duì)一教學(xué)模式導(dǎo)致目前駕培行業(yè)從業(yè)人員配置不足。同時(shí)，由于駕校對(duì)教練員的需求較大，從而導(dǎo)致了教練員的教學(xué)水平參差不齊，一些業(yè)務(wù)水平較低、個(gè)人素質(zhì)較差的也進(jìn)入教練員隊(duì)伍，從而引發(fā)了學(xué)員對(duì)教練員服務(wù)態(tài)度的批評(píng)。另一方面，傳統(tǒng)駕培模式上車率低，學(xué)員不能徹底掌握機(jī)動(dòng)車駕駛技能，無(wú)法應(yīng)對(duì)真正上路時(shí)發(fā)生的各種狀況。目前，中國(guó)因交通事故導(dǎo)致的年死亡人數(shù)居世界第二，引發(fā)交通事故的第四大因素便是由于駕駛車輛的人員技術(shù)不熟練，經(jīng)驗(yàn)不足，遇有突發(fā)情況驚慌失措，發(fā)生操作錯(cuò)誤。

隨著科技的進(jìn)步，數(shù)字技術(shù)也越來(lái)越成熟，數(shù)字技術(shù)對(duì)于行業(yè)的創(chuàng)新升級(jí)提供了數(shù)字解決方案，為產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型提供了新的發(fā)展方向。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為數(shù)字化技術(shù)的重要組成之一，可以改變?nèi)藗儗W(xué)習(xí)生活方式。綜上，可以認(rèn)真思考將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)駕培模式的數(shù)字化升級(jí)中。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在駕駛模擬仿真領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)述。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理結(jié)合立體顯示和傳感器技術(shù)的數(shù)字技術(shù)。隨著科技的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用需求不斷增加，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用層面也不斷拓展，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)、教育培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用也越發(fā)成熟。

（二）駕駛模擬仿真研究現(xiàn)狀。駕駛模擬仿真是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下，結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理模擬機(jī)動(dòng)車駕駛動(dòng)作，獲取真實(shí)的駕駛數(shù)據(jù)的虛擬仿真系統(tǒng)。根據(jù)用途的不同一般劃分為兩類：一類是用于產(chǎn)品開發(fā)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集;另一類是用于科普教育和娛樂(lè)游戲。與傳統(tǒng)駕駛模式相比，駕駛模擬仿真具有更加安全、實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于駕駛模擬仿真技術(shù)的探索一般集中于科研院所、高校和相關(guān)車企的車輛性能研發(fā)部門中。大型的虛擬仿真駕駛系統(tǒng)研發(fā)投入經(jīng)費(fèi)巨大，更多應(yīng)用于研究車輛的駕駛安全性能、交通信號(hào)控制等方面，也可用于航空航天等高尖端領(lǐng)域。高校平臺(tái)自主研發(fā)的小型駕駛模擬器一般用于軌道交通專業(yè)教學(xué)方面。除此之外，當(dāng)前市面上更多的是基于視覺效果的虛擬駕駛游戲，用戶沉浸感不強(qiáng)，對(duì)于用戶駕駛技能的提高無(wú)實(shí)際意義。

（三）虛擬駕培市場(chǎng)分析。在國(guó)民生活水平逐漸提高的同時(shí)，對(duì)駕駛證有需求的群體也越來(lái)越大。從機(jī)動(dòng)車保有量和駕駛?cè)藬?shù)的比例來(lái)看，駕駛?cè)藬?shù)依然存在巨大增長(zhǎng)空間，駕培市場(chǎng)的發(fā)展空間較大。而當(dāng)前對(duì)虛擬駕駛的應(yīng)用研究更多集中在科研層面，沒(méi)有一款真正應(yīng)用于市場(chǎng)的虛擬駕培應(yīng)用開發(fā)。而當(dāng)前市面上一套基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備僅需一千元起，傳統(tǒng)駕培模式的升級(jí)成本較低。基于傳統(tǒng)駕培模式存在的各種問(wèn)題，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前的市場(chǎng)缺口下，以基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新型駕培模式應(yīng)用開發(fā)是駕培市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

三、基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新型駕培模式設(shè)計(jì)開發(fā)

（一）新型駕培模式設(shè)計(jì)。機(jī)動(dòng)車駕培行業(yè)引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行模式的升級(jí)創(chuàng)新，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)駕培方法進(jìn)行深度融合，進(jìn)而達(dá)到傳統(tǒng)駕培教學(xué)模式的創(chuàng)新。模式采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)駕培車相互配合培訓(xùn)的方式，不僅能提高用戶的機(jī)動(dòng)車駕駛能力，還能減少能源的消耗，構(gòu)建全新一體化機(jī)動(dòng)車駕駛能力培養(yǎng)模式。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理，將傳統(tǒng)駕培過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化建模輸出，通過(guò)資源整合與線下駕培機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳統(tǒng)駕培模式的升級(jí)改造。以新一代虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為依托的新型駕培模式以用戶體驗(yàn)為中心，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)輸出設(shè)備，生成模擬駕駛環(huán)境，打破傳統(tǒng)駕培模式的時(shí)間、空間束縛。

新型駕培模式具有多種自主培訓(xùn)程序，根據(jù)用戶的不同需求進(jìn)行個(gè)性化課程定制，提高用戶的駕培體驗(yàn)。通過(guò)模式內(nèi)嵌的考核機(jī)制，對(duì)用戶的駕駛技能進(jìn)行分級(jí)考核，用戶可以對(duì)駕駛能力薄弱的地方進(jìn)行針對(duì)性練習(xí)。

（二）新型駕培模式開發(fā)。當(dāng)前市場(chǎng)上的虛擬駕駛更多是停留在簡(jiǎn)單的視覺層面上，不能讓用戶有真實(shí)的沉浸感。所以，真實(shí)的駕駛環(huán)境尤為重要?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新型駕培模式設(shè)計(jì)要求貼近用戶真實(shí)的駕培體驗(yàn)，這要求新型駕培模擬車必須能夠與傳統(tǒng)駕培車的各項(xiàng)硬件設(shè)施機(jī)能吻合，同時(shí)各項(xiàng)傳感設(shè)備匹配模式內(nèi)的系統(tǒng)信息資源，整合后模擬出真實(shí)的駕駛環(huán)境，能夠達(dá)到環(huán)境光照系統(tǒng)一致，虛擬環(huán)境中的物體位置實(shí)時(shí)更新。

以現(xiàn)行傳統(tǒng)駕培車為例，結(jié)合5G技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)，以計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理中心，基于視頻合成技術(shù)的穿透式HMD的視頻透視式頭盔顯示器作為實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合顯示的主要工具，用戶頭部戴設(shè)置跟蹤器，由運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)捕捉跟蹤器位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后得到用戶視角在三維空間中的位置。使用3DS Max建模軟件將真實(shí)駕培場(chǎng)景中的地形、建筑物、障礙物進(jìn)行建模，使用QuickTime VR進(jìn)行圖像編碼處理，建立屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的共同管理分析及操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。在用戶使用新型駕培模擬車時(shí)，通過(guò)車頂布置的高靈敏攝像頭捕捉用戶的手勢(shì)動(dòng)作，精確辨別用戶對(duì)轉(zhuǎn)向盤、換擋操縱手柄等部件做出的動(dòng)作，通過(guò)傳感器進(jìn)行壓力、方向的數(shù)據(jù)反饋，采集狀態(tài)參數(shù)并實(shí)時(shí)記錄傳輸，判斷駕培模擬車在虛擬環(huán)境中的運(yùn)行狀態(tài)。以基于計(jì)算機(jī)視覺的注冊(cè)算法與基于硬件傳感器的注冊(cè)算法結(jié)合的混合注冊(cè)方法進(jìn)行三維注冊(cè)，將模擬出的實(shí)時(shí)路況與編碼過(guò)的虛擬環(huán)境影像相疊加，保持虛擬影像與模擬出的真實(shí)路況在三維空間中位置的一致性，即在空間上的整合。此外，利用Unity光照系統(tǒng)，模擬用戶在自然駕培過(guò)程中的光照體驗(yàn)。最后運(yùn)用虛實(shí)融合顯示技術(shù)，將經(jīng)過(guò)混合的影像穩(wěn)定一致地投影到用戶視口，達(dá)到視覺上的沉浸效果。

在傳統(tǒng)駕培過(guò)程中，除了培訓(xùn)用戶的基本駕駛技能外，更多是培養(yǎng)用戶的“駕駛路感”。用戶可以通過(guò)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)后機(jī)動(dòng)車的位置朝向變化、發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音變化、機(jī)動(dòng)車行駛過(guò)程中的晃動(dòng)等物理信息判斷機(jī)動(dòng)車的狀態(tài)。在新型駕培模式中，使用基于轉(zhuǎn)向阻力矩的方向盤交互方法，可以有效模擬出機(jī)動(dòng)車在正常行駛、剎車等不同情況下的機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎角速度，計(jì)算機(jī)動(dòng)車在轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)后其在虛擬空間里的位置信息和朝向信息。通過(guò)計(jì)算機(jī)動(dòng)車在虛擬環(huán)境中的位置變化，計(jì)算機(jī)動(dòng)車的時(shí)速，通過(guò)音頻模塊播放機(jī)動(dòng)車在所處時(shí)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速聲音，使用立體音模式播放。在模擬機(jī)動(dòng)車在駕駛過(guò)程中發(fā)生顛簸時(shí)，通過(guò)安裝在座位下的震動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)反饋給用戶。

四、結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種高科技數(shù)字化技術(shù)，在未來(lái)的行業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型中將發(fā)揮巨大的作用。從市場(chǎng)實(shí)際需求出發(fā)，充分利用數(shù)字技術(shù)的發(fā)展成果，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)駕培模式的數(shù)字化開發(fā)中， 可以更加高效便捷地服務(wù)相關(guān)需求用戶，并為其他的教育培訓(xùn)行業(yè)提供一定的模式參考和設(shè)計(jì)指導(dǎo)方向。

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作者簡(jiǎn)介：王 韜（1997-），男，上海工程技術(shù)大學(xué)中韓多媒體設(shè)計(jì)學(xué)院研究生在讀，研究方向：數(shù)媒與影像數(shù)字化。