[发明专利]一种机动车碰撞事故模拟方法

权利要求书

1.一种机动车碰撞事故模拟方法，其特征在于工艺步骤包括：

（1）、先构建好计算机模拟系统，再设置待模拟现场的机动车碰撞参数，并将这些参数输入计算机模拟系统，选择碰撞类型并确认后，启动计算机模拟系统；

（2）、计算机模拟系统自动计算机动车碰撞参数，并对碰撞参数进行判断分析；

（3）、先判断是否能够发生碰撞，若判断结果为是，则转向步骤（4）；若判断结果为否，则转向步骤（1）；

（4）、计算机模拟系统自动计算并确定碰撞机动车的位置坐标，并根据机动车位置坐标参数进行分析计算；

（5）、计算机模拟系统自动实时计算碰撞机动车相对距离；

（6）、判断是否触发制动命令，若判断结果为是，则转向步骤（7）；若判断结果为否，则转向步骤（8）；

（7）、执行汽车制动模块，激活声音触发器，产生刹车声音；

（8）、判断是否已经发生碰撞，若判断结果为是，则转向步骤（9）；若判断结果为否，则接着判断机动车速度是否为零，若判断结果为是，则转向步骤（10），若判断为否，则转向步骤（6）中的机动车制动命令；

（9）、先计算受力情况，判断是否发生弹塑性碰撞或刚性碰撞；再计算碰撞能量；然后激活声音触发器，产生碰撞声音；

（10）、先关闭机动车制动或碰撞声音；再记录碰撞缓存数据，输出碰撞能量文件、截图文件和参数文件；

（11）、显示处理后的碰撞能量文件、截图文件和参数文件，碰撞过程结束。

2.根据权利要求1所述的机动车碰撞事故模拟方法，其特征在于涉及的机动车碰撞参数包括机动车质量、运行速度、摩擦系数、弹性系数、最大附着系数和制动减速度。

3.根据权利要求1所述的机动车碰撞事故模拟方法，其特征在于涉及的构建计算机模拟系统包括下列内容和过程：

第1步：构建计算机模拟系统框架和划分功能区；机动车碰撞在多种交通环境条件下发生，碰撞分为多种形式，构建计算机模拟系统框架并进行功能区划分，以模拟多种机动车碰撞；

第2步：设计图形用户接口，从视觉角度逼真地反映出机动车碰撞的过程；在设计图形用户接口时，要进行参数图形用户接口、碰撞过程图形用户接口、天气设置图形用户接口和汽车类型展示图形用户接口的设计；对于每一个图形用户接口要进行功能区划分，各图形用户接口之间进行嵌套和切换设计，运用按钮、文本框、组合框、滑条和单选框进行控制设计，并进行屏幕文本标识设计和图形背景设计；

第3步：构建图形用户接口模块，图形用户接口模块的构建能够实现界面控制和人机交互，包括按钮联动操作设计、信息关联输入、数值量与文本量的转化、摄像机切换以及与之相关的程序模块构建，其中，按钮联动操作设计是指实现操作按钮的弹出、隐藏和变换的控制；信息关联输入指根据各参数之间的函数关系，实现输入数据之间的共同变化，对按钮构建鼠标碰撞检测和单击事件，控制图形用户接口界面间、渲染界面间、图形用户接口界面与渲染界面间的切换；

第4步：建立机动车3D模型与交通环境3D模型，交通环境3D模型包括道路、交通设施、绿化带、建筑物、行人和天空；根据事故发生的场景，交通环境3D模型先运用制图方法画出二维图，然后使用三维工具把二维图转化为三维场景，或者直接绘制三维图，然后再生成三维场景；在3ds max中建立三维交通环境模型；机动车3D模型的建立先绘制二维机动车图形，再运用三维工具把二维图转化为三维立体图，或者直接绘制三维图，然后再生成三维机动车模型；

第5步：进行机动车3D模型与交通环境3D模型的处理，包括模型的优化、模型的导出导入、模型材质设置以及模型大小位置调整；模型的优化指调整模型的精度，高精度模型能够较真实地表现模型效果，会占用较大的资源，要优化模型精度，在表现模型真实性与计算和渲染速度之间取得均衡，通过减少模型面数、利用贴图表现细节和删除看不见的面来实现；利用其它引擎建立三维模型时需要将模型导出后使用，当遇到下列情况时，部分模型需要单独导出和导入：部分模型需要建立单独的动画时，如果建立弹塑性碰撞模型，部分模型具有相同的变形效果，或受计算机计算速度限制，建立弹塑性碰撞模型时有面数限制时，为了表现模型的真实性，对模型材质和运动矩阵进行调整，包括模型自发光、漫反射、高光、贴图效果、相对位置和大小的调整；

第6步：建立机动车弹塑性碰撞模型，当对模型建立弹塑性碰撞模型时，由于机动车部分模型具有相同的变形效果，或由于计算速度要求需控制模型面数，将模型分成几部分导出，分别建立弹塑性碰撞模型；运用高阶物理引擎建立三维物体可变形的金属模型，真实地表现出机动车碰撞后的自然破碎和凹陷的效果；当建立机动车弹塑性碰撞模型时，机动车部分模型需作为整体处理，要共用一张贴图，因此，在3ds max中建模时对模型展开UV坐标，渲染出UV二维图，在Photoshop中制作需要的贴图；

第7步：建立机动车刚体碰撞模型，利用刚体破碎建立模拟碰撞效果，或利用具有破碎效果的纹理贴图和粒子系统实现；

第8步：建立交通环境碰撞模型，对交通环境中的建筑物和大地静态物体，建立刚体碰撞模型；

第9步：构建天气系统，包括时间控制、降雨和降雪控制、雷声和闪电控制；在渲染的交通环境中构建天气系统，并通过图形用户接口来控制，进行天气效果设置，构成逼真的交通环境；

第10步：设计车辆与行人运动，交通环境中的动画设计包括路边行人动画设计和其他车辆行驶动画设计，使行人和汽车按照预设帧进行运动；

第11步：构建视角选择模块，从不同角度观测汽车碰撞过程，要构建视角选择模块，视角选择模块构建时，运用像机运动矩阵，设置与机动车相对静止的视角，包括第一视角和跟随视角；设置观察视角通过鼠标滚轮控制距离，通过鼠标按键控制角度，对不同像机的切换进行逻辑设计；

第12步：构建机动车碰撞参数设置模块，机动车碰撞是能量的释放，机动车碰撞参数直接决定碰撞的后果，要把机动车质量、速度、摩擦系数和弹性系数的参数进行设置，或采用物理引擎的方法进行设置；对于其他参数，如最大附着系数、制动减速度，根据参数内在的函数关系设计程序，利用有限状态自动模拟并输出时间值，利用阻尼模拟时间的连续性，涉及到时间因素的函数关系都能够构建；

第13步：构建机动车碰撞方式，包括正面碰撞、侧面碰撞、刮擦和追尾四种；通过初始化机动车位置坐标和行驶方向，设置机动车速度和运动时间，根据速度和时间参数，自动计算碰撞前所需的相对距离，计算出相对位置坐标，并赋予机动车初始运动矩阵，模拟随机出现的两辆机动车的碰撞过程；

第14步：构建制动控制模块，发现即将发生撞车时进行制动，模拟实际的制动效果；实现机动车的制动采用物理方法，利用引擎设置机动车物理模型与地面的摩擦系数或赋予机动车制动扭矩使其制动；或利用函数关系原理，通过初速度、摩擦系数、附着系数和制动减速度之间的函数关系，控制速度大小，当函数涉及到时间时，利用有限状态机和阻尼模拟并输出时间值；

第15步：构建车型模块，根据所需的机动车类型，建立多种机动车类型，分别建立碰撞模型，根据模拟需要进行调用，对每辆车进行编号，通过按钮控制赋值命令调用建立好的车辆类型；车型展示区构建屏幕背景，或利用三维环境对机动车进行陪衬，设置多个观察视角或观察方位进行控制，通过控制滑条数值控制机动车车身材质的漫反射矢量，或直接利用设计好的多个车身材质，控制车身色彩；

第16步：构建声音逻辑模块，包括机动车引擎声音、碰撞声音、制动声音、背景声音和环境嘈杂声，构建普通音效，或构建三维音效；通过机动车速度大小控制引擎声音频率，背景声音与引擎声音和环境声音在设置界面与渲染界面切换时进行联动触发，碰撞声音在碰撞反应事件触发时呼叫，音量和频率由碰撞前速度大小进行控制；

第17步：构建数据与文件输出模块，模拟机动车碰撞的过程目的之一是要获得碰撞能量，能量大小的获取，通过物理引擎方法获得，或通过动能计算模型获得；能量包括平动动能和旋转动能两部分，采用易于读取的文本格式对相关参数进行记录，实行动态覆盖和图像显示，通过获取演示时的渲染缓存，实现截图文件的输出与打印；能量数据输出的控制模块利用有限状态机来实现，把检测到的碰撞作为输入事件，对有限状态机设置时间间隔，分间隔获取机动车动能值，将数值能量转换为文本量并进行合并、储存和输出。