多通道汽车驾驶模拟器视景仿真系统设计与实现

《多通道汽车驾驶模拟器视景仿真系统设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、多通道汽车驾驶模拟器视景仿真系统设计与实现——王锴高嵩昊超仲119多通道汽车驾驶模拟器视景仿真系统设计与实现*王锴高嵩吴超仲(武汉理工大学水路公路交通安全控制与装备教育部工程研究中心武汉430063)摘要采用多通道技术建立的汽车驾驶模拟器视景系统。可以给用户带来很强的沉浸感。分析了常用多通道视景设计中的问题，提出了1种基于离轴投影的视域分配方法，设计并实现了1种视景同步方案。实验证明，运用以上方法实现的视景系统，完全满足了汽车驾驶模拟器对视景系统的要求。关键词汽车驾驶模拟器；多通道视景仿真；同步；离轴投影中图分类号：TP391．

2、9文献标志码：A汽车驾驶模拟器通过模拟真实情况下的行车状态，让驾驶员产生身临其境的感觉，利用相关手段采集实验数据，分析车辆或驾驶员在特定工况下的状态。汽车驾驶模拟器具有安全性高、再现性好、可方便地设定各种条件、经济性高等特点[1]。视景系统作为汽车驾驶模拟器的重要组成部分，直接影响驾驶员对环境的感知，因此建立1个沉浸感强的视景系统，有助于模拟真实情况下的驾驶环境，进而深入的研究“人一车一路”之间的关系。为了提高场景的沉浸感，目前有2类发展趋势C2

3、：一种是提高单个图形渲染输出通道的视野范围[3。4]。另一种是通过多图形渲染通道并

4、联，使用多个显示器或投影仪拼接成1个更大的视野范围。前者对场地要求较低，适用于需要经常移动的应用场合，后者对场地的要求较高，沉浸感强，适用于对视景要求高的应用场合。目前，国内对这方面进行了比较深入的研究。如浙江大学的校园漫游系统[53；西南交通大学的多通道列车驾驶视景仿真系统[61等。由于研究型汽车驾驶模拟器对视景系统的要求极高，显然适于采用后者。为了高效的构建多通道汽车驾驶模拟器视景系统，采用面向对象图像渲染引擎(object—orien-tedgraphicsrenderingengine，OGRE)三维图形渲染引擎为核心，

5、利用其对OpenGL／DirectX的封装，可以有效降低视景系统的开发难度。本文讨论了宽视野的多通道汽车驾驶模拟器视景系统设计与实现。首先，设计并实现了1种基于离轴投影(off-axisprojection)的视域分配收稿日期：2008—10—18*国家高技术研究发展863计划项目(批准号；2006AAIIZ214)资助方法，避免了传统多通道系统在通道之间有明显“偏折”的现象。其次，分析了视景系统的同步问题，提出1种可行的同步方法。最后，给出并分析了实验结果。1汽车驾驶模拟器总体结构汽车驾驶模拟仿真系统主要由信号采集子系统、车辆

6、动力学仿真子系统、视景仿真子系统、实验数据采集子系统组成。系统的硬件构成如图1所示。信号采集子系统由1台T控机及相关传感器组成，主要负责采集驾驶员的操作行为。工控机上的信号采集程序首先通过采集卡读取驾驶员的驾驶操作数据，打包后通过以太网发送到服务器。服务器上的车辆动力学子系统，接收来自工控机的驾驶员操作数据，通过车辆动力学仿真模块计算主动车辆(驾驶员控制)的行驶状态并计算视景中自动车辆(计算机控制)的状态。服务器端视景仿真子系统根据计算结果，更新场景中物体状态，然后将动态物体如：交通灯、车辆、可变信息板的位置或状态通过以太网发往

7、各客户端。客户端的视景仿真子系统根据服务器发送的数据更新本地场景。弧形母影幕珞机f榉10l。匕J＼／／7图1系统硬件组成2视景仿真系统关键问题设计视景仿真系统主要有2个关键问题：通120交通信息与安全2009年第2期第27卷总147期道间视域分配和通道间视景同步显示。2．1视域分配视域分配的目的是为了能让使用者看到更大的范围。对于汽车驾驶模拟器，视景显示系统是用来模拟真实情况下驾驶员所见到的环境，因此在设计各通道间视域分配时，所有通道的视点位置必须相同(大致为驾驶员头部在虚拟场景中的位置)，视景的图像在各通道之间必须平滑过渡。一

8、般的多通道系统(以3通道为例)对视域采用旋转视锥体的分配方式，如图2所示。首先利用视锥体的纵横比和视点到近剪切面的距离，计算出主通道的水平视野口，然后将视锥体以摄像机的Y方向为轴，逆时针旋转口角，即为左通道的视域。同理，顺时针旋转a角，即为右通道的视域。左通道⋯⋯．视点亨向主孕道?⋯⋯右通道；＼’j近剪视(a)俯视图体图2旋转视锥体的视域分配方式如果将以上方法生成的图像投影到平面或弧形幕上，则会在通道的交界处产生明显的“偏折”，如图4(a)所示。分析过程如下：如图2(b)所示，设PQ是平面AOB上的一条线段，平面BB7DD7为平

9、面ABCD的延伸，OP交平面ABCD于G点，OCt分别交平面BDEF、BB7DD7于N、M点。由透视投影原理可知，直线PQ在主通道上的投影为线段GB，在右通道上的投影为线段BN。显然，GB和BN不在1条直线上。若将各通道所产生的图像投影到1个平面或弧面上，则PQ