畢業(yè)設(shè)計虛擬駕駛系統(tǒng)的場景設(shè)計模塊(已修改)
2025-08-08 15:55 本頁面
【正文】 畢業(yè)設(shè)計題 目 虛擬駕駛系統(tǒng) 場景設(shè)計模塊 1 前言近年來祖國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展飛速，汽車的普及造就了大批的駕駛員汽車作為一種重要的工具進(jìn)入大眾社會，汽車駕駛訓(xùn)練的工作量有了很大程度的提高。相關(guān)部門需要購買更多的車輛提供駕駛訓(xùn)練，并且加大老師的配備，來滿足膨脹的市場需求，這與資金的投入產(chǎn)生了矛盾；采用實車進(jìn)行汽車駕駛訓(xùn)練存在著污染、高成本、危險性高、場地不足等很多的條件的限制，市場的需求和供應(yīng)的矛盾促使人們尋求新的駕駛訓(xùn)練方式。計算機(jī)性能的提高和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，為在計算機(jī)上模擬汽車駕駛環(huán)境，進(jìn)行駕駛訓(xùn)練提供了可能。計算機(jī)仿真技術(shù)、實時圖形圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，為汽車仿真的研究提供了有力的工具和幫助。利用虛擬技術(shù)可以進(jìn)行不同虛擬環(huán)境的開發(fā)和多種車輛模型的設(shè)計，為汽車駕駛訓(xùn)練開辟了新方向。利用虛擬車輛駕駛系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，不受時間、氣候和場地的限制，在達(dá)到培訓(xùn)質(zhì)量的前提下，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，因此，利用計算機(jī)來開發(fā)車輛虛擬駕駛系統(tǒng)是一個很有效的手段。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展和提出，為車輛虛擬駕駛系統(tǒng)的開發(fā)和研究提供了新方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱靈境技術(shù)，是一種先進(jìn)的電腦界面的技術(shù)，通過給用戶提供視覺、觸覺。聽覺、的交互手段，使用戶產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)同感，帶有交互實時功能的操作，能減輕用戶的壓力，提高系統(tǒng)的工作效率[13]。外國科學(xué)家自19世紀(jì)年首次提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)以來[4]，這項技術(shù)發(fā)展十分迅速，并廣泛應(yīng)用于軍事、自動控制、航空航天、娛樂、醫(yī)療、教育這些領(lǐng)域。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于車輛訓(xùn)練，即利用計算機(jī)構(gòu)建用于車輛駕駛訓(xùn)練的虛擬環(huán)境和用于訓(xùn)練的車輛，產(chǎn)生“人車環(huán)境”連續(xù)系統(tǒng)，在這一閉環(huán)系統(tǒng)中駕駛汽車，可根據(jù)車輛的繼續(xù)行駛不斷生產(chǎn)的虛擬視景、場景的音效和車輛的仿真運(yùn)動，使駕駛員進(jìn)入這一環(huán)境中，并根據(jù)虛擬環(huán)境中產(chǎn)生的觸覺，聽覺和視覺，變換相應(yīng)的駕駛動作，使得虛擬駕駛車輛的位置在行駛環(huán)境中不斷變化，以此產(chǎn)生駕駛員和虛擬環(huán)境的交互，達(dá)到相關(guān)人員動作的目的。這種能夠正確模擬汽車駕駛動作，獲得實車駕駛感覺的仿真系統(tǒng)就是汽車虛擬駕駛系統(tǒng)，它是既能提高駕駛員水平，進(jìn)行汽車駕駛訓(xùn)練，又能降低各種費(fèi)用的汽車的訓(xùn)練裝備。運(yùn)用這種裝備進(jìn)行汽車駕駛訓(xùn)練，可以減少實車訓(xùn)練帶來的交通事故，具有節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)，并且不受時間、氣候和場地等條件的限制?，F(xiàn)今駕校成本在增加，利潤卻逐年下降，培訓(xùn)效率低，滿意度不好，必須通過提高效率爭取生源，擴(kuò)大經(jīng)營降低成本的方式來改變現(xiàn)狀，模擬駕駛訓(xùn)練加實車駕駛訓(xùn)練，是一種行之有效的現(xiàn)代汽車駕駛員培訓(xùn)模式。在各方面受限的情況下，首先采用不易損壞、沒有危險的虛擬駕駛系統(tǒng)對訓(xùn)練內(nèi)容模擬，在學(xué)員對訓(xùn)練內(nèi)容熟練操作后再進(jìn)行實車訓(xùn)練，避免了對實車的巨大損耗，提高了訓(xùn)練效率，減低了駕駛培訓(xùn)的危險性。在新的《汽車駕駛培訓(xùn)大綱》中將汽車駕駛模擬訓(xùn)練列入其中，證明了虛擬汽車駕駛系統(tǒng)在生活中的重要性。追溯到上世紀(jì)70年代，美國等一些發(fā)達(dá)國家就開始汽車虛擬駕駛系統(tǒng)的研究。80年代后，德國，瑞士，日本的各大汽車廠家都分別建立了又關(guān)的汽車虛擬駕駛實驗室和開發(fā)系統(tǒng)。德國奔馳公司與1985年建立了6自由度汽車虛擬駕駛系統(tǒng)，1989年，德國大眾公司更新了原有的虛擬駕駛系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)和場景生產(chǎn)系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，瑞典的一公司也投資建成了汽車虛擬駕駛系統(tǒng)，用于汽車和交通系統(tǒng)的研發(fā)和開發(fā)。美國GM汽車公司1989年開始嚴(yán)重開發(fā)虛擬駕駛系統(tǒng)，1993年，美國福特汽車公司也開始了相關(guān)的系統(tǒng)的研究；美國阿伊華車輛中心與1993年就啟用1300萬美元來開發(fā)汽車虛擬駕駛系統(tǒng)，1996年又增加投資3000萬美元有TRW公司進(jìn)行改進(jìn)。在我們國家這方面的研究要比這些發(fā)達(dá)國家晚一些，19世紀(jì)初。國內(nèi)多所高校開始了虛擬駕駛系統(tǒng)的研究，1996年國內(nèi)建立了虛擬駕駛系統(tǒng)的國家重點(diǎn)實驗室。國內(nèi)也有不少公司對這方面進(jìn)行研究投資，如中視典數(shù)字科技就發(fā)取得不錯的成就。隨著現(xiàn)代社會的進(jìn)步和科技的日新月異的發(fā)展，計算機(jī)等技術(shù)的不斷成熟，利用各種技術(shù)虛擬現(xiàn)實成為了現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一個方向之一。虛擬駕駛技術(shù)有著巨大的市場需求，也得到很好的發(fā)展。虛擬駕駛不受時間地點(diǎn)等方面的影響，具有很高的快捷方便性；虛擬駕駛還具有好高的安全性，不會產(chǎn)生交通事故造成傷害；而且能夠節(jié)約資源對環(huán)境污染很??；具有很大的市場，并且這項技術(shù)還有很大的發(fā)展空間和前景。（1）本課題為虛擬駕駛系統(tǒng)的場景設(shè)計是利用個人計算機(jī)開發(fā)的虛擬駕駛系統(tǒng)的軟件，用于虛擬駕駛訓(xùn)練。采用了visual。stdiao2010作為編輯工具，應(yīng)用3D MAX作為三維建模工具VC++作為開發(fā)語言，DirectX作為圖形、音效等多媒體引擎。（2）課題根據(jù)虛擬駕駛的要求我們有幾點(diǎn)項目需要解決，找出需要解決的技術(shù)要求選擇合理的開發(fā)工具；三維虛擬場景的設(shè)計，視景系統(tǒng)的開發(fā)；場景中運(yùn)動車輛和行人的設(shè)計，車輛操控系統(tǒng)，聲音的設(shè)計。2虛擬駕駛系統(tǒng)的架構(gòu) 虛擬駕駛系統(tǒng)所用技術(shù)運(yùn)行于個人PC機(jī)上的虛擬駕駛系統(tǒng)應(yīng)該在各個做到高度仿真，在各個方面如，視覺，聽覺等做到逼真。而其在滿足訓(xùn)練要求的情況下，盡量要使系統(tǒng)逼真、降低成本，提高性價比。所以，我們需要解決下面的難題。（1）．大量的數(shù)據(jù)的提取 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用的對象決對時數(shù)據(jù)量十分巨大，所以，我們需要設(shè)計特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,使系統(tǒng)最大限度地節(jié)約時間，在大量數(shù)據(jù)中提取場景范圍內(nèi)所有“可見”要素數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)以一定的交互速率運(yùn)行(每秒繪制圖像幀數(shù),簡稱為FPS)。（2）．三維圖形生成技術(shù) 實時顯示的刷新頻率不能低于15幀/ｓ，而復(fù)雜場景的顯示存在很大的計算量，在不降低所需圖形的質(zhì)量和復(fù)雜度的情況下，提高頻率刷新是這個技術(shù)的關(guān)鍵之一，否則，系統(tǒng)將會產(chǎn)生畫面停頓和不連貫的現(xiàn)象。（3）．場景于人的融合 虛擬現(xiàn)實的認(rèn)同感和交互特征依賴于人與場景的融合技術(shù),這主要體現(xiàn)在立體顯示和傳感器技術(shù)方面。（4）．立體圖像的生成和顯示 根據(jù)雙目立體視覺原理，由計算機(jī)屏幕顯示的視景系統(tǒng)，需分別渲染出左右眼圖像，并配合立體眼鏡，使得左眼觀察左眼圖像，右眼觀察右眼圖像，并不斷交替顯示。（5）．主
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