[发明专利]面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法

权利要求书

1.一种面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)首先从驾驶舱的设备中获取方向盘角度、油门状态、刹车状态、离合器状态和控制面板上的按钮输入信号，这些信号通过传感器电路转换为电信号，再通过模数转换装置将电信号转换成数字信号，输入到计算机；

2)利用实时物理仿真模拟汽车的动力学、汽车和场景物体的交互以及各种天气条件对周围环境影响，创建和驾校使用的培训车辆保持一致的三维模型；

3)创建周围环境的三维模型和对物理因素进行建模，并利用agent建模在场景中加入自动车辆和模拟城市场景中的红绿灯；

4)通过图形渲染系统将实时物理仿真的状态显示在三台计算机屏幕上，驾驶员根据当前在屏幕上看到的影像判断当前虚拟汽车相对周围物体的位置，进而作出相应的操作，这些操作将被反馈给图形渲染系统，再由图形渲染系统经过运算后产生新的状态，最后图形渲染系统再将这新的状态渲染到屏幕上，如此反复；

5)利用基于图形处理器的图像处理框架实现辉光特效，对图像处理过程进行抽象，将作用在图像上的操作抽象为滤波器，滤波器获得若干图像作为输入，并对它们进行一系列的处理操作，最后输出结果图像；

6)模拟各种天气情况，利用粒子系统生成雨天效果，并模拟雾天效果，供驾驶者选择不同天气，训练恶劣天气下的驾驶技能和突发情况；

7)通过评判系统对用户驾驶情况进行跟踪，并对其训练成果进行评判，使得用户在没有教练或者较少的教练干预下进行自主训练，并根据评判结果了解训练过程中出现的主要操作错误，进而予以改正，实现面向训练的汽车驾驶模拟机；

所述的创建周围环境的三维模型和对物理因素进行建模的方法包括如下步骤：

1)三维模型由3DS Max完成，利用FX Composer实现一些高级着色效果；

2)采用基于tile的建模方式完成城市场景这种大型场景的建模，每个tile都是一些基本的模型单元，通过将tile的大小及边界形状标准化，使tile与tile之间平滑拼接；

3)对行驶在同一条路线上的汽车统一建模，汽车从城市中的一个地点随机地产生，沿一条路线行驶到城市的另一个地点并消失；或者沿环形的路线，循环不停地行驶，在同一条路线上的所有车辆被当作一个agent处理，每一辆车只需要处理与前后车，以及和用户车之间的交互问题；

4)使用位图来表示任意时刻红绿灯各个标志灯的状态，0表示灭，1表示亮，利用一个简单的有限状态机模型来描述红绿灯状态的改变，实现红绿灯随时间变化的效果。

2.根据权利要求1所述的一种面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法，其特征在于所述的创建和驾校使用的培训车辆保持一致的三维模型的方法包括如下步骤：

1)创建与驾校使用的培训车辆保持一致的三维模型，训练车模型要按照桑塔纳车型的真实尺寸参数进行设计，其关键部分为：车底盘的长宽高、驾驶室位置、车前板两条筋线的位置、车徽、三个后视镜、以及两个因教练需要额外增加的圆形凸面镜；

2)先将场景通过投影变换投影到视景体的近平面上，然后计算出三个后视平面镜上每个点对应的纹理坐标，从而正确地渲染出平面镜的镜面；

3)采用凹凸映射的方式调整表面法线，根据调整后的表面法线来修正表面反射的计算结果，从而模拟凸面镜效果。

3.根据权利要求1所述的一种面向训练的汽车驾驶模拟机实现方法，其特征在于所述的通过图形渲染系统将实时物理仿真的状态显示在三台计算机屏幕上的方法包括如下步骤：

1)采用Matrox的TripleHead2Go的三屏幕显示扩增器，显卡负责三维的渲染工作，三屏幕显示扩增器让显示分配到三台显示器上，将三维画面输出到每个3072×768分辨率的屏幕上；

2)三台显示器呈环绕形摆放，左边的屏幕显示驾驶员左车窗的景物，中间的屏幕显示中间车窗的景物；

3)利用多次渲染在左边屏幕增加两个小窗口，分别显示俯视图与汽车左边后视镜的内容让驾驶者更好的分辨现在所处的地理位置和判断车身的状态，中间屏幕上方添加的小窗口显示车内后视镜的内容，右边屏幕增加一个小窗口代表汽车右方后视镜的内容；

4)为每一个显示器的显示设置不同的投影矩阵，以生成无缝的连贯的三屏全景图。