一种基于虚拟现实技术的应激交通场景驾驶培训系统的制作方法

本发明属于虚拟现实技术领域，特别涉及一种基于虚拟现实技术的应激交通场景驾驶培训系统。

背景技术：

随着道路交通状况的日益复杂，传统的驾校训练及考试模式暴露出了一系列的问题：训练周期长、成本高；多名学员共用一辆车，单一学员的训练时间短、学车体验差；驾校素质参差不齐，教学质量难以保证；更为关键的是，出于对培训成本的考虑而不是日后驾车的真实需求，驾校往往是针对考试要点进行加强训练，缺乏对应激道路情况下的培训。当学员拿到驾照真正开始上路时，才发现无法面对各种突如其来的交通状况，造成事故频发。鉴于驾驶培训过程与实际交通环境的严重脱节，有必要对真实驾驶环境中容易造成交通事故的应激交通场景，设计相应的驾驶培训环境，使得驾驶员能够在虚拟现实环境中获得等同真实驾驶环境的驾驶体验，获取宝贵的应激交通场景驾驶经验，保证后续真实驾驶过程的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的是：

解决在能够造成驾驶员应激反应的紧急交通环境中的驾驶培训问题，提出一种基于虚拟现实技术的应激交通场景驾驶培训系统。

本发明的技术解决方案是：

一种基于虚拟现实技术的应激交通场景驾驶培训系统，由模拟驾驶操纵装置、高性能图形工作站、多感官交互终端组成；所述高性能图形工作站运行有虚拟现实引擎和驾驶评分子系统；

驾驶员通过模拟驾驶操纵装置与高性能图形工作站进行交互，交互信号通过usb端口传输到高性能图形工作站进行处理；高性能图形工作站根据驾驶交互信号，利用虚拟现实引擎生成各种道路交通应激场景；这些应激场景通过hdmi与usb端口传输到多感官交互终端中进行呈现；驾驶评分子系统根据驾驶员与系统的交互正确性与反应灵敏度对驾驶过程进行评分，驾驶评分输出到高性能图形工作站对用户进行评分画面输出。

所述驾驶操纵装置由汽车方向盘、换挡手柄、刹车踏板与油门踏板等交互装置组成；这些交互装置所产生的交互信号通过usb信号传递给高性能图形工作站。

所述高性能图形工作站运行的虚拟现实引擎基于成熟的unity软件，通过usb端口接收来自汽车驾驶模拟器所产生的驾驶交互信号，根据交互信号驱动引擎绘制当前的虚拟现实场景；整个虚拟现实视景由mesh模型构成基础的三维地形，而街景中的建筑物等人工场景，则通过建筑物三维模型布置到地形上来建立；虚拟现实引擎所生成的视景画面、音响特效与震动信号，通过hdmi与usb接口输出到多感官交互终端中进行呈现。

所述多感官终端包括虚拟现实头盔显示器、音响装置与力反馈装置等；所述虚拟现实头盔显示器，在视景画面中，通过左右两路视频信号生成相应的视差信号，呈现在头盔显示器左右屏幕上，获取三维立体的显示效果；所述音响装置中呈现正常驾驶过程的汽车音效、加速减速音效，在应激场景造成汽车碰撞事故过程中，产生震撼惨烈的碰撞音效；所述力反馈装置在应激场景中造成汽车碰撞过程激发，通过不同的震动强度输出，模拟不同程度的碰撞特效。

所述驾驶评分子系统通过分析驾驶员的汽车操控数据对其驾驶操作进行评判打分；在应激交通场景中，需要同时评判驾驶员的驾驶正确性与操纵灵敏度。具体评判方法为：设其

驾驶动作的选择正确性为c∈{1,0}，驾驶灵敏度为t∈[0,1],则最终的驾驶评分为：

k＝100*c*t

由上述公式可以看出，只有当驾驶操作正确(c＝1)的时候，驾驶得分非零。具体的分值则由驾驶操纵灵敏度来反映。将上述驾驶得分反馈给图形工作站，在驾驶培训结束后，以得分画面的形式呈现给驾驶员。

本发明具有的优点是：

利用虚拟现实技术设计应激交通场景，能够克服传统驾驶培训过程中仅仅针对正常路况训练驾驶技能的局限。设计容易造成严重交通事故的紧急交通状况，使培训者在系统中能够安全地体验高度沉浸的驾驶体验、身临其境的驾驶感受。不但能够让驾驶员获得宝贵的异常道路交通状况下的驾驶技能，还能够利用惨烈的交通事故现场对驾驶员进行警示教育。一种基于虚拟现实技术的应激交通场景驾驶培训系统有助于提高驾驶员在实际驾驶过程中难以获取的应激交通场景驾驶技能，增强驾驶员对应激交通场景的预判能力，建立良好的应激交通场景驾驶习惯，提升道路交通安全水平，在科研与商业领域都有重要的应用前景。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为城市道路交通环境中系统培训工作过程示意。

具体实施方式

参见附图1，本发明中，主要关注驾驶环境中容易造成交通事故的应激交通场景，特别设计了环山道路应激场景、乡间道路应激场景、城市道路应激场景、高速公路应激场景、异常天气应激场景等多种紧急道路交通情景。基于上述实际情况，提出一种基于虚拟现实技术的应激交通场景驾驶培训系统，由模拟驾驶操纵装置、高性能图形工作站、多感官交互终端组成；所述高性能图形工作站运行有虚拟现实引擎和驾驶评分子系统；

驾驶员通过模拟驾驶操纵装置与高性能图形工作站进行交互，交互信号通过usb端口传输到高性能图形工作站进行处理；高性能图形工作站根据驾驶交互信号，利用虚拟现实引擎生成各种道路交通应激场景；这些应激场景通过hdmi与usb端口传输到多感官交互终端中进行呈现；驾驶评分子系统根据驾驶员与系统的交互正确性与反应灵敏度对驾驶过程进行评分，驾驶评分输出到高性能图形工作站对用户进行评分画面输出。

在环山道路应激场景中，设计了急转弯过程中，行驶道路被对方车辆占据的危急情景，山体落石与塌方情景。在乡间道路应激场景中，设计了不守交通规则逆向行驶的农用机动三轮车，突然横穿马路的大型牲口。在城市道路应激场景中，设计了突然横穿马路的行人，闯红灯的电动车。在高速公路应激场景中，设计了施工道路突然变窄路况，跟车过紧前车急刹车等情景。在异常天气应激场景中，设计雨雪、雾霾、强光与低照度环境下，目视距离变短、车辆操控能力受限的应激场景。总之，本发明中所设计的应激情景，都是常见的容易造成交通事故的道路交通场景。

参见附图2，以该系统城市道路交通环境的培训过程为例，具体实施步骤如下：

第一步，在虚拟现实驾驶培训环境中设置系统培训所需的街景环境，在街景指定位置中设置相应的培训关口，设置汽车到指定的培训道路起点位置，设置驾驶员在虚拟汽车的驾驶位置以第一视角查看地面交通环境。驾驶员根据系统画面指引对汽车进行控制，漫游预先指定的驾驶路线。

第二步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口一所指定的位置一定范围内，触发关口一设置的培训程序。此时，有行人和非机动车辆创红灯，如果驾驶员不减速慢行，则会撞到行人和非机动车辆。根据关口设置显示碰撞特效、音响特效以及行人受伤喷血的特效。

第三步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口二所指定的位置一定范围内，触发关口二设置的培训程序。此时，有重型卡车迎面逆向行驶，如果驾驶员不及时避让，则会撞到重型卡车。根据关口设置显示碰撞特效、火焰特下以及烟雾特效。

第四步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口三所指定的位置一定范围内，触发关口三设置的培训程序。此时，天空降雪，路面湿滑，如果驾驶员不减速慢行或随意变向，则会引起汽车失控撞向周围建筑物。根据关口设置显示碰撞特效与汽车横向滑动失控特效。

第五步，在驾驶员按照既定路线完成驾驶培训后，根据驾驶员在各个关口的操作正确性与反应时间对驾驶员的操作技能进行评分，输出相应的评分画面，完成培训。