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原文传递人—车—路（环境）联合运行虚拟仿真理论与实现技术研究

论文题名：	人—车—路（环境）联合运行虚拟仿真理论与实现技术研究
关键词：	虚拟现实;人车路环境;实时仿真;车速控制模型;道路交通事故;驾驶环境仿真;汽车驾驶;虚拟仿真技术
摘要：	大多数道路交通事故是由于人-车-路(环境)综合系统的协调性失衡造成的，因此如何从人-车-路(环境)系统联合运行协调性方面入手研究交通安全问题以及如何从技术层面在公路工程和安保工程中落实“以人为本、以车为本”的设计理念成为目前我国公路交通科技发展中急需解决的问题之一。论文首次提出以人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真技术的研究和应用作为在公路工程和安保工程中落实“以人为本、以车为本”理念的切入点这一崭新思路，即在所建立的人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真平台上进行面向公路线形、景观、交通工程设施、安保工程等设计方案的仿真试验，研究和评价设计方案的人-车-路(环境)综合系统的协调性，从而为公路交通相关问题的研究提供高科技的技术手段。论文针对用于人-车-路(环境)联合运行协调性评价的虚拟仿真技术体系，围绕虚拟仿真系统中人、车、路(环境)三要素的建模理论及实现技术，研究了人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真理论及实现技术，研究的主要内容有： 1.提出并论述了人-车-路(环境)系统联合运行的自行模式和互动模式仿真的概念。并在分析目前道路安全评价方法的基础上，提出了基于该虚拟仿真平台的道路安全评价模型。 2.在系统、定量地研究道路和交通环境对行车速度诱导特性的基础上，建立了自行仿真模式中驾驶人的车速控制计算模型。对公路典型路段进行了现场认知评价试验，研究了基于认知评语数据的汽车驾驶人对道路条件安全性认知因素的模糊评价方法，进而以实测的公路典型路段上的平均行车速度统计值和道路结构数据为样本，研究了描述驾驶人行车时基于安全性考量的车速模糊控制规则建模技术，最后，结合加/减速度控制模型，建立了车辆驾驶人的车速控制逻辑推理模型。 3.研究了人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真技术平台中的车辆动力学建模技术以及实现车辆动力学网络实时解算的关键技术，并论述了车辆三维模型数据库的实现技术和视景驱动技术。针对车辆动力学解算实时性的特点，研究了用于虚拟仿真的十一自由度车辆动力学三维模型，该模型主要包括整车操纵稳定性模型、轮胎模型、转向系模型、发动机模型、制动系模型等。在该模型基础上，利用Winsock网络通信技术建立了车辆动力学网络实时解算软件系统。通过对车辆三维几何建模技术的研究，建立了基于MultigenCreator的轿车、货车、越野车和客车的三维模型数据库。此外，还利用LOD模型简化技术研究了提高车辆三维模型运行实时性的技术手段，利用光照模型、纹理映射等真实感图形处理技术研究了提高车辆三维模型真实感的技术方法。 4.研究了人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真平台中地形、道路和环境的三维模型生成技术以及提高模型逼真度和运行实时性的技术手段。研究了基于分形理论和真实地形数据的三维地形生成技术，探讨了Choptexture(分割纹理)和Cliptexture(裁剪纹理)技术在地形的优化显示技术方面的应用，并研究了绘制优先级技术、外部引用和实例化技术在道路和环境模型数据库加速显示方面的应用。 5.研究了人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真平台中的硬件实现技术，成功设计并搭建了虚拟仿真试验系统的硬件平台，研究了互动模式中基于半实物模型的交互信号采集技术。硬件平台的实现主要包括三部分的工作：一是RC系统的方案设计；二是模拟驾驶操作台的几何设计;三是数据采集系统的开发，即利用单片机技术、计算机串行通信技术实现对模拟操作信号(加速踏板、制动踏板、离合器、变速器、方向盘等信号)的数据采集和标定。此外，为了实现系统平台的通用性，还利用DirectX8.0SDK研究了人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真系统中模拟器的数据采集接口技术。 6.系统地研究了人-车-路(环境)联合运行仿真系统的软件实现技术，开发了虚拟仿真软件系统，并在人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真平台上进行了包括驾驶人、车辆、一级公路和环境在内的虚拟仿真试验。利用MFC和VegaAPI实现了人-车-路(环境)联合运行系统中视景仿真模块的开发，在Multi-Agent理论的基础上实现了交通环境中自由行驶车辆的行为模拟；利用碰撞检测算法解决了车辆与道路或环境物体的碰撞问题，利用OpenGLperformer研究了仿真状态信息的动态显示技术，利用Winsock和DR算法研究了多通道视景同步显示技术，还研究了仿真过程的AVI录制和回放技术。综上所述，本研究的创新点主要体现在以下几个方面： 1.首次提出以人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真技术的研究和应用作为在公路工程和安保工程中落实“以人为本、以车为本”理念的切入点这一崭新思路； 2.首次提出并论述了人-车-路(环境)系统联合运行的自行模式和互动模式仿真的概念； 3.首次系统和定量地研究了道路和交通环境对行车速度的诱导特性，建立了驾驶人的车速控制计算模型； 4.应用十一自由度车辆动力学模型开发了C/S结构的车辆动力学网络实时解算软件系统； 5.首次系统论述了基于Creator的三维道路模型的构造原理和实现技术； 6.首次系统研究了人-车-路(环境)联合运行仿真系统的实现技术，开发了人-车-路(环境)联合运行虚拟仿真平台。主题词：虚拟现实，人-车-路(环境)，实时仿真，驾驶人车速控制模型，Vega，Multi-Agent论文类型：应用基础
作者：	陈涛
专业：	交通运输工程
导师：	魏朗
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文