分布交互式汽車駕駛訓練模擬系統(tǒng)

前言

　　分布式仿真技術(shù)是計算機圖形學、人工智能、計算機網(wǎng)絡、信息處理等技術(shù)綜合發(fā)展的產(chǎn)物，具有很強的學科交叉性。分布式汽車駕駛訓練模擬系統(tǒng)是一種能正確模擬汽車駕駛的動作，獲得實車駕駛感覺的分布式交互仿真系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡化、智能化的特點?；谥R的汽車駕駛模擬器實際上是一個汽車駕駛教學專家系統(tǒng)，能使學員熟悉汽車性能，掌握基本的操作方法和駕駛技術(shù)，同時又能學習交通規(guī)則。模擬駕駛訓練過程中的“沉浸感”、“交互性”與“實時性”具有立體視覺，可以提高用戶的學習駕駛技術(shù)的興趣和效果。汽車駕駛訓練交互仿真系統(tǒng)（模擬器）具有安全、節(jié)能、經(jīng)濟和培訓不受時間、氣候、場地限制等優(yōu)點，可以推動汽車駕駛培訓行業(yè)的技術(shù)進步，并創(chuàng)造顯著的社會和經(jīng)濟效益。　　武漢理工大學智能制造與控制研究所長期以來在機械工程和計算機應用交叉的學科領域從事教學和科學研究工作。近年來，他們結(jié)合湖北省科技攻關(guān)計劃項目“基于分布式虛擬汽車駕駛平臺關(guān)鍵技術(shù)研究”（2004AA105804）和國家自然科學基金等項目，與黃石理工學院一起對分布交互式汽車駕駛訓練模擬系統(tǒng)的有關(guān)理論、關(guān)鍵技術(shù)等進行了系統(tǒng)、深入的研究，取得了包括高質(zhì)量的學術(shù)論文、發(fā)明專利、計算機軟件著作權(quán)等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重要成果，達到了國際先進水平。該項成果獲得2007年度湖北省科技進步二等獎、武漢市科技進步二等獎、中國公路學會科學技術(shù)獎。中央電視臺CCTV10科技之光科技前沿欄目以“足不出戶學開車”為題顯著地介紹了該項成果。

內(nèi)容概要

分布交互式汽車駕駛訓練模擬系統(tǒng)是一種融合了傳感器、計算機圖形學、計算機接口、人工智能、數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡、多媒體等先進技術(shù)，具有分布性、交互性、實時性特點的系統(tǒng)。它是能正確模擬汽車駕駛的動作，獲得實車駕駛感覺的分布式交互仿真系統(tǒng)。本書在研制分布式交互汽車駕駛訓練模擬器實踐的基礎上，全面、系統(tǒng)地介紹了分布交互式汽車駕駛訓練模擬系統(tǒng)的最新研究成果，特別對汽車駕駛訓練模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、仿真系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、汽車駕駛仿真監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究與應用進行了描述，著重介紹了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，具有系統(tǒng)性、先進性和實用性。本書反映了該領域研究的學科前沿和國際先進水平，具有重要的學術(shù)意義和實際應用價值。    本書適合從事分布式計算機仿真技術(shù)、虛擬實驗技術(shù)研究和開發(fā)的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等學校大學生、研究生的參考書。

書籍目錄

《21世紀先進制造技術(shù)叢書》序序前言第1章  緒論  1.1  汽車駕駛模擬器的類型和國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀    1.1.1  汽車駕駛模擬器的類型    1.1.2  汽車駕駛模擬器的發(fā)展    1.1.3  汽車駕駛模擬器研究的主要內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)  1.2  汽車駕駛訓練模擬器的作用與意義  參考文獻第2章  汽車駕駛訓練模擬系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)  2.1  汽車駕駛的行為模式    2.1.1  汽車駕駛的行為過程    2.1.2  汽車駕駛行為的三種典型模式    2.1.3  汽車駕駛行為的改進模式  2.2  汽車運動操縱特性與駕駛員模型    2.2.1  概述    2.2.2  線性二自由度汽車模型    2.2.3  模糊汽車模型的研究    2.2.4  簡化的汽車模型  2.3  汽車駕駛訓練仿真系統(tǒng)的功能要求  2.4  汽車駕駛訓練仿真系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)    2.4.1  汽車駕駛訓練仿真操作系統(tǒng)（駕駛艙系統(tǒng)）    2.4.2  駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)    2.4.3  視景仿真系統(tǒng)    2.4.4  評價系統(tǒng)  參考文獻第3章  分布式汽車駕駛訓練仿真系統(tǒng)  3.1  分布式交互仿真系統(tǒng)概述    3.1.1  DIS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題    3.1.2  幾種分布式仿真技術(shù)    3.1.3  分布式系統(tǒng)的應用模式    3.1.4  分布式虛擬環(huán)境體系  3.2  分布式汽車駕駛訓練仿真系統(tǒng)    3.2.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    3.2.2  系統(tǒng)開發(fā)  3.3  系統(tǒng)視景模型控制實現(xiàn)    3.3.1  三維視景的坐標系統(tǒng)和單位    3.3.2  視景空間渲染變換    3.3.3  視景投影變換    3.3.4  駕駛員主視野視景模型  3.4  分布式系統(tǒng)通信模型的選擇    3.4.1  系統(tǒng)通信協(xié)議的選擇    3.4.2  套接字的應用    3.4.3  系統(tǒng)控制優(yōu)先級處理  3.5  分布式仿真系統(tǒng)    3.5.1  基于Visual C++的分布式仿真系統(tǒng)    3.5.2  基于Virtools的分布式駕駛訓練仿真系統(tǒng)    3.5.3  基于OSG圖形引擎的分布式仿真系統(tǒng)  參考文獻第4章  汽車駕駛訓練仿真系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)  4.1  汽車駕駛訓練仿真操縱系統(tǒng)的功用和要求    4.1.1  離合器仿真操縱系統(tǒng)的功用和要求    4.1.2  制動器仿真操縱系統(tǒng)的功用和要求    4.1.3  加速仿真操縱系統(tǒng)的功用和要求    4.1.4  變速器仿真操縱系統(tǒng)的功用和要求    4.1.5  轉(zhuǎn)向仿真操縱系統(tǒng)的功用和要求  4.2  汽車駕駛訓練仿真操縱系統(tǒng)的設計    4.2.1  設計要求    4.2.2  主要仿真操縱機構(gòu)的設計  4.3  汽車駕駛操縱的數(shù)據(jù)采集    4.3.1  傳感器的選擇    4.3.2  數(shù)據(jù)采集與處理卡  參考文獻第5章  汽車駕駛訓練仿真視景系統(tǒng)  5.1  汽車駕駛模擬器的視景系統(tǒng)的總體設計  5.2  視景系統(tǒng)的開發(fā)平臺    5.2.1  幾何建模工具    5.2.2  三維圖形接口工具    5.2.3  軟件開發(fā)編程語言  5.3  駕駛訓練視景的控制與實現(xiàn)    5.3.1  操作車輛的運動交互控制    5.3.2  實例：基于OpenGVS的虛擬汽車駕駛視景的實現(xiàn)  5.4  開發(fā)視景系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)    5.4.1  場景模型的組織原則    5.4.2  模型分割技術(shù)    5.4.3  場景建模技術(shù)    5.4.4  實例技術(shù)    5.4.5  圖像與幾何相結(jié)合的建模技術(shù)    5.4.6  數(shù)據(jù)庫技術(shù)    5.4.7  視景特效技術(shù)  5.5  場景優(yōu)化    5.5.1  特效渲染    5.5.2  光照模型及實現(xiàn)    5.5.3  凹凸表面紋理的實現(xiàn)  5.6  駕駛模擬器中多通道立體顯示技術(shù)    5.6.1  立體視覺的產(chǎn)生    5.6.2  立體顯示雙目投影的數(shù)學建模    5.6.3  視覺深度控制    5.6.4  測試結(jié)果  5.7  駕駛訓練視景的開發(fā)實例    5.7.1  基于Creator的建模    5.7.2  基于Maya的建模    5.7.3  三維等高線地形模型的生成與處理    5.7.4  場景的實例  參考文獻第6章  汽車駕駛仿真監(jiān)控管理系統(tǒng)  6.1  監(jiān)控系統(tǒng)的功能    6.1.1  監(jiān)控服務器的功能    6.1.2  單臺模擬器的功能設定    6.1.3  監(jiān)控系統(tǒng)的通信  6.2  通信程序模塊    6.2.1  基于TCP／IP的通信技術(shù)    6.2.2  面向連接的并發(fā)服務器交互    6.2.3  套接口工作過程  6.3  網(wǎng)絡通信程序的算法    6.3.1  模擬器（客戶機）通信程序的算法    6.3.2  服務器網(wǎng)絡通信的算法與實現(xiàn)    6.3.3  模擬器（客戶機）之間的通信算法  參考文獻第7章  汽車駕駛訓練仿真專家系統(tǒng)  7.1  汽車駕駛交通道路與交通規(guī)則    7.1.1  分道行駛的原則    7.1.2  交通標志    7.1.3  交通標線    7.1.4  一個完整的城市交通體系  7.2  汽車駕駛道路違章情況判斷處理    7.2.1  駕駛違章行為的判斷處理    7.2.2  訓練過程的管理    7.2.3  駕駛訓練數(shù)據(jù)處理  7.3  智能物體的研究    7.3.1  面向智能體技術(shù)    7.3.2  超車的控制策略  參考文獻第8章  分布式汽車駕駛訓練仿真系統(tǒng)的研究與應用前景  8.1  概述  8.2  汽車駕駛仿真系統(tǒng)應用及前景    8.2.1  面向車輛～駕駛員一道路閉環(huán)系統(tǒng)的虛擬實驗    8.2.2  面向駕駛員的研究    8.2.3  面向汽車的開發(fā)和應用    8.2.4  面向環(huán)境（道路）的開發(fā)和應用    8.2.5  道路交通仿真實景的設計及應用  參考文獻附錄  中央電視臺科技之光節(jié)目解說詞

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　汽車駕駛模擬器（vehicle simulator），亦稱汽車模擬駕駛仿真系統(tǒng)，是一種能正確模擬駕駛操縱汽車的動作、獲得實車駕駛感覺的仿真系統(tǒng)。目前的汽車駕駛模擬器集合了傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、計算機三維實時動畫技術(shù)、計算機接口技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)等多種先進技術(shù)。借助汽車駕駛模擬器，我們能對“汽車一駕駛員一道路”相互作用關(guān)系進行研究，并對駕駛?cè)藛T進行訓練?！　?.1　汽車駕駛模擬器的類型和國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀　　1.1.1汽車駕駛模擬器的類型　　汽車駕駛模擬器有不同的類型，按其視景系統(tǒng)的不同，可分為被動式駕駛模擬器和主動式駕駛模擬器；按用途不同，可分為訓練型駕駛模擬器和開發(fā)型駕駛模擬器；按照駕駛模擬器的運動機構(gòu)不同，可分為座位固定式、整車轉(zhuǎn)鼓式和座位可轉(zhuǎn)動式三種形式?！　”粍邮侥M器的視景系統(tǒng)一般是一段電影或錄像，由主控臺（中央控制臺）控制，學員集體隨錄像的畫面操作模擬器。模擬器只是簡單地把學員操作信息送到主控臺，由主控臺判斷操作是否得當。例如，當屏幕上出現(xiàn)紅燈信號車輛停止前進時，駕駛者應當模擬真實駕駛過程完成抬起油門踏板、踩制動踏板、踩離合器踏板、換人空擋和拉手剎等一系列操作過程，模擬器記錄這些操作，評價駕駛者的駕駛操作是否正確。由于駕駛者只能根據(jù)事先預設好的駕駛視頻場景的變化做出反應，局限性很大，一般只用于操作裝置講解、基本駕駛動作和要領的訓練、道路駕駛方法的示范教學、道路交通管理基本知識的了解和掌握。這種模擬器的開發(fā)較簡單，成本低，但學員往往只集中于畫面的變化，手腳操作與畫面脫節(jié)、滯后，一旦失誤，就不容易跟上畫面的節(jié)奏，無法及時發(fā)現(xiàn)錯誤并糾正。

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