汽车驾驶仿真系统

Iloy

汽车驾驶仿真系统融合了人工智能、计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术多媒体技术、传感器技术、网络技术等多个信息技术分支，其本质是运用计算机对现实或虚构的环境进行全面的仿真，从而生成逼真的三维交互虚拟驾驶环境，通过给用户同时提供诸如视、听、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，使用户与环境自由交流，从而获得身临其境的感知。

虚拟现实技术应用于汽车驾驶仿真系统中，就是通过计算机产生汽车行驶过程中的虚拟视景、音响效果和运动仿真，是驾驶员沉浸到虚拟驾驶环境中，并有实车驾驶的感觉，驾驶员根据虚拟驾驶环境提供的视觉、听觉、触觉感受，构想其驾驶动作，操作模拟驾驶舱中的操纵机构，计算机根据驾驶员的操作状态，实时地改变汽车在虚拟环境中的状态，其过程的不断循环，构成驾驶员——虚拟驾驶环境之间的交互作用，实现了汽车的虚拟驾驶，从而体验、认识和学习现实世界中的汽车驾驶。

汽车驾驶仿真系统真实仿真了汽车驾驶的路景和汽车行使特性。结合机械、电、光、磁、声等综合技术来模拟实车特性。是一种能正确模拟汽车驾驶特性及操作，逼真模拟汽车紧急状态并在主要性能上获得同实车驾驶同样效果。

方案特色：
1、实现人机实时交互
2、多种车型
3、多种道路环境
4、模拟天气
5、立体显示

系统集成：
驾驶仿真系统由高性能图形工作站、立体显示系统（推荐单通道、多通道显示系统、沉浸式CAVE系统）、交互系统（包括位置追踪、力反馈、动作捕捉）、软件平台、模拟驾驶舱和立体声音响等多种设备组成。

一、立体显示系统
立体显示系统作为汽车驾驶仿真系统中的显示端，为用户提供一种沉浸式虚拟仿真显示环境，可使用户充分体验一种高度身临其境的三维立体视听感受，获得一个具有高度沉浸感的虚拟仿真可视协同环境。
1、单通道三维投影显示系统
单通道3D立体投影系统作为一套高性能价格比仿真系统立体投影解决方案，专业VR用户不需要使用价格昂贵的专业CRT或DLP投影机，便可以实现高分辨率、高清晰度、无闪烁、大幅面逐行三维立体投图形显示。
2、多通道环幕投影显示系统
多通道环幕（立体）投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。
3、多通道平板投影显示系统
多通道平面立体投影墙是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。多通道投影墙是目前非常流行的一种高度沉浸的虚拟仿真显示系统。
4、沉浸式CAVE系统
CAVE(Cave Automatic Virtual Environment)是一种基于投影的虚拟现实系统，它由围绕观察者的四个投影面组成。四个投影面组成一个立方体结构，其中三个墙面采用背投方式，地面采用正投方式。若放置CAVE系统的房间大小有限，可通过反射镜把投影图象投影到屏幕上以节省空间。观察者戴上液晶立体眼镜和一种六个自由度的头部跟踪设备。
5、桌面立体显示系统
桌面立体显示系统即3D立体显示器，包括裸眼立体显示器、偏振立体显示器。裸眼立体显示器不需要借助任何助视设备（如3D眼镜、头盔等），即可使用户得到立体图像，偏振立体显示器需要用户戴上偏振眼镜才可以获得立体图像。

二、3D实时交互系统
在汽车驾驶仿真系统中，的3D实时交互设备包括：位置追踪、力反馈、动作捕捉等设备，通过交互设备将人体动作信息发送至计算机，从而实现对虚拟环境中事物的交互操作。
1、位置追踪器
位置追踪器又称位置跟踪器，是指作用于空间跟踪与定位的装置，一般与其他VR设备结合使用，如：数据头盔、立体眼镜、数据手套等，使参与者在空间上能够自由移动、旋转，不局限于固定的空间位置。操作更加灵活、自如、随意。
推荐品牌：Polhemus 电磁式无线追踪系统、Xsens惯性位置追踪器、Ascension电磁式位置追踪器。
2、力反馈设备
所谓力反馈（Force Feedback），本来是应用于军事上的一种虚拟现实技术，它利用机械表现出的反作用力，将游戏数据通过力反馈设备表现出来，可以让用户身临其境地体验游戏中的各种效果。
推荐品牌：HAPTION力反馈设备、Sensable力反馈设备。
3、实时动作捕捉系统
实时动作捕捉技术涉及尺寸测量、物理空间里物体的定位及方位测定等方面可以由计算机直接理解处理的数据。
推荐产品：A.R.T.系统解决方案、Xsens Moven惯性运动捕捉系统、新版3DSuit惯性动作捕捉系统。

三、虚拟现实软件平台
在汽车驾驶仿真系统中，所有的硬件设备都要通过虚拟现实软件平台进行融合，并发挥硬件的特有功能，虚拟现实软件平台为整套系统的灵魂。 通过虚拟现实软件平台，使用者可以利用各种交互设备操作虚拟环境中的物体，可以直接在完整数据的工业模型上进行虚拟装配操作。常用的平台有TechViz虚拟现实支撑平台、Virtools™ 5.0，下面分别介绍。
1、TechViz虚拟现实支撑平台
TechViz虚拟现实支撑平台将CAD/CAM/CAE软件直接进行多通道显示，使用者可以直接在完整数据的工业模型上进行虚拟装配操作。包含三款软件产品，分别为：人体跟踪、虚拟装配以及手指跟踪软件。
人体跟踪软件
人体跟踪软件可以通过实时全人体跟踪系统显示出人体的虚拟3D模型，能够帮助使用者对人体运动的环境影响因素进行分析，如：分析伸展或人体与3D模型的碰撞情况等。该产品需要配合跟踪器和标记物一起使用。
虚拟装配软件
虚拟装配软件允许用户选择或移动3D模型，查看模型的接触情况，并记录下相关动画以便进行后续分析。该产品适用于部件拆装、维修以及相关培训。
手指跟踪软件
手指跟踪软件采用实时全手动作跟踪系统，可以在3D场景中显示手指的虚拟模型。该产品适用于细节伸展研究以及模型接触分析，需要配合精度手指跟踪器一起使用。
2、Virtools™ 5.0 VR
专为集群式 PC（PC Cluster）而设计，只需使用个人计算机就可以体验「沉浸式虚拟现实」的魅力，不但支持多种标准的虚拟现实硬件交互设备，并且支持多画面高分辨率的立体展示环境。在开发阶段，只需要一台PC就可进行「沉浸式虚拟现实」的多画面模拟。
VR Library 拥有VRNR (Virtual Reality Normalized Resources，虚拟现实标准化资源)，能协助内容开发者在很短的时间内，依照不同的系统需求（投影在平面墙上、立方体或是圆柱体屏幕上）及不同的展示方式(使用空间位置追踪器、游戏杆或是键盘)，选择适当的资源文件，建立VR 的播放环境。同时新增的功能可以创建集群管理方式并且支持多种交互设备，使沉浸式虚拟现实的开发不再遥不可及。

应用领域：

1. 汽车院校、数字汽车科研与教学
2. 科研单位、交通、飞行、运输等相关专业科研与仿真体验
3. 科博馆汽车仿真数字体验展项
4. 未来驾校的新式培训手段
5. 大型工业企业驾驶技术工人虚拟培训
6. 军事越野、坦克作战等单兵和协同实战演习
7. 汽车互动游戏