基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统研究

吴大震

摘 要：在当前的社会当中，随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，汽车在人们的生活中正在发挥着越来越重要的作用。而在汽车驾驶技能的培训和学习中，传统的方法对于效率和时间十分注重，然而对于很多非职业化驾驶员来说，这种培训方式往往并不适用。因此，基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统的出现，发挥了十分关键的作用，同时也具有极为重要的经济意义和社会意义。

【关键词】VIRTOOLS 汽车驾驶 仿真系统

在仿真系统当中，仿真指的是利用系统模型试验，对一个设计中的系统或已经存在的系统进行研究。体重，利用计算机进行仿真的成为数学仿真或计算机仿真，对于设计中的系统或真实存在的系统，利用相应的系统模型进行试验，从而对系统进行更好的设计、研究和分析。在驾驶仿真系统当中，通过对虚拟现实技术的应用，利用计算机对汽车行驶中的运动、音响、场景进行模拟，从而提供真实的行车场景，方便人们对驾驶技术进行学习。

1 基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统设计

在基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统设计当中，应当遵循良好的人机交互行原则，满足构想性、交互性、沉浸感等要求。基于逼真的驾驶环境，对模型结构进行优化，合理的选择软硬件，更加人性化的进行设计。在系统当中能够，包括软件和硬件两个部分，其中软件主要包括了操作画面、网络控制、数据管理、操作评价、声响模拟、动态仿真、画面生成等，硬件则主要包括音响系统、多媒体计算机、仪表系统、操纵控制系统、模拟驾驶舱等部分。在模拟驾驶舱中主要配备了仪表盘、点火开关、转向灯开关、刹车手柄、变速器手柄、油门踏板、刹车踏板、离合器踏板、方向盘等可操纵机构。仪表系统主要包括了离合器、油门、气压表、转向灯、计程表等。在多媒体计算机中采用了2.0G以上主频、1G以上内存、128M以上图形加速卡。利用16为顶级单片机采集数据、识别控制信号，利用Windows串口API函数实现数据通信。在软件方面，基于Windows操作系统环境，利用VIRTOOLS对3DS Max进行调用，从而对模型进行建立和处理。

2 基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真场景创造

在虚拟三维场景当中，由于3DS Max技术能够发挥出十分良好的作用，其功能优势十分强大。因此，在场景模型的实际创造中，通过对模型的优化、处理、建立等技术方式的运用，实现对基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真场景的创造。在建模过程中，应当特别注重视觉感知质量，保持较高的模型细节，从而提供更加真实的场景。根据场景中对不同景物的要求，对纹理、数据、精确度、分辨率等进行恰当的选择。在模型创造的过程中，应当对VIRTOOLS、3DS Max等和模型之间的兼容性进行考虑。由于VIRTOOLS中具有1Unit为1米的坐标单位，因而在3DS Max中也应进行相应的设定。在命名模型的过程中，应当采用英文、拼音等形式，不能有汉字的形式出现。在实际创造中，要注意对地形地貌、二维物体、三维物体等模型的建立。完成建模之后，虽然在已经处理了单个模型的显示、层次等问题，但是在各个模型之间，仍然没有在系统模型中进行继承，因此，应当利用先进的建模技术，基于整体性的系统继承，修改和优化其中存在的问题。

3 基于VIRTOOLS的汽车运动仿真过程管理

在基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统当中，通过对驾驶者的训练，使其对汽车驾驶的基本要领进行理解和掌握，采用了简化的汽车运动模型，从而对汽车的运动过程进行仿真。利用固定于汽车的坐标系，多汽车的运动进行描述。因此，在驾驶者在驾驶座位上的时候，设定系统默认坐标系即为汽车本地坐标系，从而能够更加方便的对场景中运动的汽车进行描述。基于系统的实际功能需要，应当满足上下坡俯仰、转向、倒车、前进等操作。驾驶者通过系统中的档位、刹车、离合、油门、方向盘等部件的应用，实现对汽车的模拟控制。在基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统当中，采用了与普通三维动画场景不同的显示屏幕视景，对于驾驶操作的实时控制，其运行变化能够更好的加以满足。在模拟驾驶中，能够实现驾驶者、视景之间实时的交互。在汽车运动过程管理中，对专家系统的概念进行了引入，同时对操作错误、驾驶违章等处理流程进行了应用，在驾驶者出现了违规操作情况时，系统能够做出反应，纠正和规范驾驶者的驾驶行为和驾驶习惯。

4 基于VIRTOOLS的汽车驾驶仿真系统实现

在完成模型生成、汽车运动控制之后，利用高性能的计算机软硬件，通过先进的技术手段对已经完成的静态模型进行驱动，从而为驾驶者提供一个可视化、丰富的交互界面。首先需要按照1：1的比例对场景模型进行导入，在对汽车模型进行单独导入的过程中，应当根据相应的比例，对其进行缩放，从而对场景进行匹配。在创建汽车引擎的BB模块当中，利用VIRTOOLS能够集合汽车的基本性能参数，对参数设置进行相应的调整，从而实现不同汽车的物理特性。在碰撞检测方面，主要是针对汽车与运动物体、地上景物、地面等发生的碰撞，对场景物体进行碰撞处理。利用跟随相机，对汽车运动的过程进行记录，采用正确的角度、方向等与车体运动连接。为了更加真实的营造行车环境，通过VIRTOOLS声音播放器对喇叭、刹车、引擎的声音进行模拟，同时对各种不同的天气环境进行创造，模拟出更加真实的行车场景。

5 结论

随着社会的不断发展和进步，汽车已经成为了当前最为主要的交通工具之一。随着汽车保有量的不断增加，对于汽车驾驶学习的要求也更高。传统的培训方式逐渐难以满足实际需求，因此，可以利用VIRTOOLS技术，对汽车驾驶仿真系统进行建立，通过相应的模型和场景模拟实现，从而在逼真的环境中对驾驶员进行训练。

参考文献

[1]王鹏，朱元昌，邸彦强.基于HLA与Virtools的高炮驾驶系统仿真平台设计[J].现代电子技术，2010（18）：176-179.

[2]姚强，游峰，徐建闽，王少猛.基于行车实景的汽车驾驶模拟仿真系统设计与实现[J].机械与电子，2010（11）：7-10.

[3]丁燕，孙剑.基于驾驶模拟器的多车协同速度引导试验研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2013（06）：1260-1266.

[4]刘志强，王天，冯新颖.后视镜可视化在汽车驾驶仿真系统中的实现[J].计算机仿真，2015（02）：165-169.

作者单位

江苏省连云港市赣榆县国土资源局 江苏省连云港市 222000