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《多通道汽車(chē)駕駛模擬器視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、多通道汽車(chē)駕駛模擬器視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——王鍇高嵩昊超仲119多通道汽車(chē)駕駛模擬器視景仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*王鍇高嵩吳超仲(武漢理工大學(xué)水路公路交通安全控制與裝備教育部工程研究中心武漢430063)摘要采用多通道技術(shù)建立的汽車(chē)駕駛模擬器視景系統(tǒng)。可以給用戶帶來(lái)很強(qiáng)的沉浸感。分析了常用多通道視景設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，提出了1種基于離軸投影的視域分配方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了1種視景同步方案。實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)用以上方法實(shí)現(xiàn)的視景系統(tǒng)，完全滿足了汽車(chē)駕駛模擬器對(duì)視景系統(tǒng)的要求。關(guān)鍵詞汽車(chē)駕駛模擬器；多通道視景仿真；同步；離軸投影中圖分類(lèi)號(hào)：TP391．
2、9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A汽車(chē)駕駛模擬器通過(guò)模擬真實(shí)情況下的行車(chē)狀態(tài)，讓駕駛員產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，利用相關(guān)手段采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析車(chē)輛或駕駛員在特定工況下的狀態(tài)。汽車(chē)駕駛模擬器具有安全性高、再現(xiàn)性好、可方便地設(shè)定各種條件、經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)[1]。視景系統(tǒng)作為汽車(chē)駕駛模擬器的重要組成部分，直接影響駕駛員對(duì)環(huán)境的感知，因此建立1個(gè)沉浸感強(qiáng)的視景系統(tǒng)，有助于模擬真實(shí)情況下的駕駛環(huán)境，進(jìn)而深入的研究“人一車(chē)一路”之間的關(guān)系。為了提高場(chǎng)景的沉浸感，目前有2類(lèi)發(fā)展趨勢(shì)C2
3、：一種是提高單個(gè)圖形渲染輸出通道的視野范圍[3。4]。另一種是通過(guò)多圖形渲染通道并
4、聯(lián)，使用多個(gè)顯示器或投影儀拼接成1個(gè)更大的視野范圍。前者對(duì)場(chǎng)地要求較低，適用于需要經(jīng)常移動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合，后者對(duì)場(chǎng)地的要求較高，沉浸感強(qiáng)，適用于對(duì)視景要求高的應(yīng)用場(chǎng)合。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)這方面進(jìn)行了比較深入的研究。如浙江大學(xué)的校園漫游系統(tǒng)[53；西南交通大學(xué)的多通道列車(chē)駕駛視景仿真系統(tǒng)[61等。由于研究型汽車(chē)駕駛模擬器對(duì)視景系統(tǒng)的要求極高，顯然適于采用后者。為了高效的構(gòu)建多通道汽車(chē)駕駛模擬器視景系統(tǒng)，采用面向?qū)ο髨D像渲染引擎(object—orien-tedgraphicsrenderingengine，OGRE)三維圖形渲染引擎為核心，
5、利用其對(duì)OpenGL／DirectX的封裝，可以有效降低視景系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。本文討論了寬視野的多通道汽車(chē)駕駛模擬器視景系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了1種基于離軸投影(off-axisprojection)的視域分配收稿日期：2008—10—18*國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展863計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)；2006AAIIZ214)資助方法，避免了傳統(tǒng)多通道系統(tǒng)在通道之間有明顯“偏折”的現(xiàn)象。其次，分析了視景系統(tǒng)的同步問(wèn)題，提出1種可行的同步方法。最后，給出并分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1汽車(chē)駕駛模擬器總體結(jié)構(gòu)汽車(chē)駕駛模擬仿真系統(tǒng)主要由信號(hào)采集子系統(tǒng)、車(chē)輛
6、動(dòng)力學(xué)仿真子系統(tǒng)、視景仿真子系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。信號(hào)采集子系統(tǒng)由1臺(tái)T控機(jī)及相關(guān)傳感器組成，主要負(fù)責(zé)采集駕駛員的操作行為。工控機(jī)上的信號(hào)采集程序首先通過(guò)采集卡讀取駕駛員的駕駛操作數(shù)據(jù)，打包后通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器上的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)子系統(tǒng)，接收來(lái)自工控機(jī)的駕駛員操作數(shù)據(jù)，通過(guò)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真模塊計(jì)算主動(dòng)車(chē)輛(駕駛員控制)的行駛狀態(tài)并計(jì)算視景中自動(dòng)車(chē)輛(計(jì)算機(jī)控制)的狀態(tài)。服務(wù)器端視景仿真子系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，更新場(chǎng)景中物體狀態(tài)，然后將動(dòng)態(tài)物體如：交通燈、車(chē)輛、可變信息板的位置或狀態(tài)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)往
7、各客戶端?？蛻舳说囊暰胺抡孀酉到y(tǒng)根據(jù)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)更新本地場(chǎng)景?；⌒文赣澳荤髾C(jī)f櫸10l。匕J＼／／7圖1系統(tǒng)硬件組成2視景仿真系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題設(shè)計(jì)視景仿真系統(tǒng)主要有2個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：通120交通信息與安全2009年第2期第27卷總147期道間視域分配和通道間視景同步顯示。2．1視域分配視域分配的目的是為了能讓使用者看到更大的范圍。對(duì)于汽車(chē)駕駛模擬器，視景顯示系統(tǒng)是用來(lái)模擬真實(shí)情況下駕駛員所見(jiàn)到的環(huán)境，因此在設(shè)計(jì)各通道間視域分配時(shí)，所有通道的視點(diǎn)位置必須相同(大致為駕駛員頭部在虛擬場(chǎng)景中的位置)，視景的圖像在各通道之間必須平滑過(guò)渡。一
8、般的多通道系統(tǒng)(以3通道為例)對(duì)視域采用旋轉(zhuǎn)視錐體的分配方式，如圖2所示。首先利用視錐體的縱橫比和視點(diǎn)到近剪切面的距離，計(jì)算出主通道的水平視野口，然后將視錐體以攝像機(jī)的Y方向?yàn)檩S，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)口角，即為左通道的視域。同理，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)a角，即為右通道的視域。左通道??．視點(diǎn)亨向主孕道???右通道；＼’j近剪視(a)俯視圖體圖2旋轉(zhuǎn)視錐體的視域分配方式如果將以上方法生成的圖像投影到平面或弧形幕上，則會(huì)在通道的交界處產(chǎn)生明顯的“偏折”，如圖4(a)所示。分析過(guò)程如下：如圖2(b)所示，設(shè)PQ是平面AOB上的一條線段，平面BB7DD7為平
9、面ABCD的延伸，OP交平面ABCD于G點(diǎn)，OCt分別交平面BDEF、BB7DD7于N、M點(diǎn)。由透視投影原理可知，直線PQ在主通道上的投影為線段GB，在右通道上的投影為線段BN。顯然，GB和BN不在1條直線上。若將各通道所產(chǎn)生的圖像投影到1個(gè)平面或弧面上，則PQ
