行人交通虛擬現(xiàn)實(shí)的物理環(huán)境構(gòu)建與軟件開發(fā)

史江蕃 于璐

摘 要：今后若干年能源和交通將是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩大因素，這兩個(gè)問題都和交通規(guī)劃有密切的關(guān)系。要想合理地進(jìn)行交通規(guī)劃，如何把握交通需求的發(fā)展和變化規(guī)律、如何布局交通設(shè)施等等問題的深層解決則需要建立一個(gè)高效實(shí)用信息量大的預(yù)測(cè)軟件系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：行人交通;虛擬現(xiàn)實(shí);人機(jī)交互

0 前言

行人交通的特征表現(xiàn)在行人的速度、對(duì)個(gè)人空間的要求、步行時(shí)的注意力等方面。這些與行人的年齡、性別、出行目的、教養(yǎng)、心境、體質(zhì)等因素有關(guān)，也與行人生活的區(qū)域、周圍的環(huán)境、街景、交通狀況有關(guān)。對(duì)行人流的速度、流量、密度及行人占有空間等特征要素加以分析是必要的[1]。自從人們開始嘗試用計(jì)算機(jī)來(lái)幫助進(jìn)行行人交通的分析以來(lái)，科學(xué)家們投入了大量的工作來(lái)開發(fā)行人仿真軟件。通過(guò)近20年的艱苦努力，國(guó)外目前已經(jīng)發(fā)布了幾款可以專門用于行人分析的軟件：Legion， SimWalk， PedGo， AnyLogic，VISSIM。

我國(guó)對(duì)行人交通的仿真主要是通過(guò)仿真軟件，如Legion、STEPS、SimWalk、AnyLogic等，對(duì)大型活動(dòng)行人流進(jìn)行研究，建立起行人仿真模型，如成本效益元胞模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型、社會(huì)力模型、磁力模型、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型等闡述行人運(yùn)動(dòng)行為，從而為城市大型活動(dòng)交通保障的技術(shù)和方法提供借鑒[2]。

1 開發(fā)軟件的制作

C#是由C和C++衍生出來(lái)的一種安全的、穩(wěn)定的、簡(jiǎn)單的、優(yōu)雅的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言。它在繼承C和C++強(qiáng)大功能的同時(shí)去掉了一些它們的復(fù)雜特性。C#綜合了簡(jiǎn)單的可視化操作和C++的高運(yùn)行效率，以其強(qiáng)大的操作能力、優(yōu)雅的語(yǔ)法風(fēng)格、創(chuàng)新的語(yǔ)言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開發(fā)的首選語(yǔ)言。

C#使得C++程序員可以高效的開發(fā)程序，且因可調(diào)用由 C/C++ 編寫的本機(jī)原生函數(shù)，而絕不損失C/C++原有的強(qiáng)大的功能。因?yàn)檫@種繼承關(guān)系，C#與C/C++具有極大的相似性，熟悉類似語(yǔ)言的開發(fā)者可以很快的轉(zhuǎn)向C#[3-4]。

Unity是游戲引擎開發(fā)商，實(shí)時(shí)3D互動(dòng)內(nèi)容創(chuàng)作和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。包括游戲開發(fā)、美術(shù)、建筑、汽車設(shè)計(jì)、影視制作在內(nèi)的創(chuàng)作者運(yùn)用Unity實(shí)現(xiàn)。Unity提供一整套軟件解決方案，可用于創(chuàng)作、運(yùn)營(yíng)和變現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)的2D和3D內(nèi)容，支持平臺(tái)包括手機(jī)、平板電腦、PC、游戲主機(jī)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。

2019年使用Unity制作的游戲和體驗(yàn)已在全球范圍內(nèi)覆蓋將近30億臺(tái)設(shè)備，月均下載量超過(guò)30億次。并且其在2019年的安裝量已超過(guò)370億次。全平臺(tái)（包括PC/主機(jī)/移動(dòng)設(shè)備）游戲中有一半都是基于Unity創(chuàng)作的。 Unity提供易用實(shí)時(shí)平臺(tái)，開發(fā)者可以在平臺(tái)上構(gòu)建各種AR和VR互動(dòng)體驗(yàn)，全球超過(guò)60%的AR和VR內(nèi)容都用Unity制作[5-6]。

1.1 物理環(huán)境的構(gòu)建

中間帶由兩條左側(cè)路緣帶和中央分隔帶組成，其作用是分隔對(duì)向車流，既可以避免因快速駛?cè)雽?duì)向行車道造成嚴(yán)重的交通事故，又能減少公路中線附近的交通阻力而提高通行能力;可以防止在不分隔的多車道公路上因認(rèn)錯(cuò)對(duì)向車道而引起的事故;可以避免車輛隨意中途調(diào)頭，消滅紊亂車流，減少交通事故本程序軟件中，中央隔離帶起到了一個(gè)玩家的緩沖作用，使玩家過(guò)馬路的正確率更高。

斑馬線的寬度、長(zhǎng)度、間隔，是有一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的。行人越多的地方，斑馬線越寬。學(xué)校、幼兒園、醫(yī)院、養(yǎng)老院門前的道路沒有行人過(guò)街設(shè)施的，應(yīng)當(dāng)施劃人行橫道線，設(shè)置提示標(biāo)志。城市主要道路的人行道，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)劃設(shè)置盲道。本程序軟件中，角色必須通過(guò)斑馬線到達(dá)馬路對(duì)面地點(diǎn)[7-8]。

2 軟件參數(shù)分析

2.1 車流量（Vehicle Counting）的等效替換

為較好的設(shè)定不同車流量，在Unity軟件中設(shè)置車流量的取值。

假設(shè)現(xiàn)實(shí)車流量（VC）與軟件車流滿足正相關(guān)關(guān)系，并為軟件車流量制定等級(jí)為：

X1：Clone Speed=1.2 —— VC=7/min

X2：Clone Speed=1.1 —— VC=21/min

X3：Clone Speed=1.0 —— VC=33/min

X4：Clone Speed=0.9 —— VC=46/min

X5：Clone Speed=0.8 —— VC=60/min

2.2 通過(guò)時(shí)間的收集與分析與實(shí)踐驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述解析模型的正確性和有效性，本文進(jìn)行了相應(yīng)的仿真驗(yàn)證。

因?yàn)槲覀兪占降臄?shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單，且根據(jù)我們的推測(cè)是數(shù)據(jù)之間呈線性關(guān)系，所以我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析。

得到回歸統(tǒng)計(jì)表。其中，Multiple R是相關(guān)系數(shù)R的值;R Square是R平方值; Adjusted R是調(diào)整后的R方。

得到方差分析表。其中，df是自由度，SS是平方和，MS是均方，F(xiàn)是F統(tǒng)計(jì)量，Significance F是回歸方程總體的顯著性檢驗(yàn)。得到分析表如下圖：

評(píng)價(jià)顯示，可以看到數(shù)據(jù)分布特征非常明顯，模型可幫助數(shù)據(jù)解釋的部分占到了97.7%并呈線性分布，擬合的效果非常好。

3 結(jié)語(yǔ)

為了分析行人通過(guò)道路與車流量的關(guān)系，建立起物理環(huán)境，我們通過(guò)操作環(huán)境人物獲得數(shù)據(jù)，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以獲得相關(guān)結(jié)果。主要研究成果如下：

（1）對(duì)300組數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，對(duì)數(shù)據(jù)采取了回歸分析的方法。得到了通過(guò)馬路所消耗的時(shí)間（T）與車流量（VC）的關(guān)系。對(duì)輸出的結(jié)果評(píng)價(jià)顯示，可以看到數(shù)據(jù)分布特征非常明顯，模型可幫助數(shù)據(jù)解釋的部分占到了97.7%并呈線性分布，擬合的效果非常好。

（2）通過(guò)對(duì)C#語(yǔ)言，以Unity展開可行性論證，證明開發(fā)軟件是可行合理的;構(gòu)建了CrossRoad軟件，對(duì)軟件中

環(huán)境要素的編程源代碼進(jìn)行了分析，得到了清晰、符合標(biāo)準(zhǔn)的物理環(huán)境，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的充分性和可行性奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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