基于Java 3D技术的虚拟车辆仿真技术的制作方法
【技术领域】
[0001]一种关于计算机领域中java 3D虚拟方面仿真技术领域。
【背景技术】
[0002]智能交通中信息的获取和处理是近十年来智能交通研究的重要课题。在现代城市交通的管理和控制中，利用各种科技手段和现代化装置所获取的数据量日益庞大。随着电子技术的
发展和计算机功能的日益强大，交通信息的处理能力也不断加强。特别是随着计算机图形处理能力的提高，许多智能交通的研究人员都致力于交通信息和交通数据的直观化显示，做了大量的工作。智能交通系统的仿真能够将实时的交通数据通过计算机系统和图形显示系统直观的显示出来，从而使交通管理和控制人员能够方便地获取城市交通的运行状况，及时准确地发出交通控制指令，保证城市交通的安全和畅通。
[0003]虚拟车辆仿真是一种基于智能交通系统的微观交通仿真。它以每个车辆为基本单元，实时地获取城市交通管理和控制的有关信息，利用计算机系统模拟驾驶人员对各种实时交通信息和交通控制的响应，为驾驶人员提供对信息处理过程中各种判断和决策的实时分析。从微观角度对城市交通系统进行全面的信息处理和显示，为更好地疏导交通提供预案分析和方案选择。
[0004]虚拟车辆仿真系统主要包括三维交通场景、虚拟驾驶平台和驾驶者决策行为模拟几个部分。系统从GIS信息系统获得交通环境、地理特征等地理信息，从智能交通控制仿真系统获得如交通灯控制等相应的道路交通控制信息、其他车辆状况和智能交通系统的控制状况等，再结合系统本身的驾驶者决策行为，采用三维技术直观地表现出智能交通系统的运行状况，实现了车内视角的三维驾驶界面显示。
[0005]近年来，虚拟车辆仿真系统的开发和研究吸引了众多公司和研究机构的重视，投入了大量的人力和资金用于这方面的研究和开发，如德国PVT公司的VISSIM，西班牙TSS公司的AMSUN2。但是这些系统存在着不支持分布式并行运算，平台独立性不好等问题。其中的三维设计开发大多是运用OPENGL或者DireCt3d等低层三维函数库，使用C++语言开发，编程效率低，可移植性差。而运用Java语言结合Java3D技术来构建虚拟车辆仿真系统，可以大大提高开发效率和系统可移植性，更好地支持分布式设计，做到真正的平台独立，是一种新的开发设计途径。
【发明内容】
[0006]利用基于Java 3D的相关技术，完成了虚拟车辆仿真系统的总体设计，实现了交通信息、控制信息和车辆驾驶信息的协调和统一，为更好地研究城市交通管理和控制模式提供了一个优秀的显示平台。
[0007]首先介绍了虚拟车辆仿真系统中场景结构的设计，接着具体介绍了三维场景的实现以及虚拟驾驶平台的生成。
[0008]—、场景结构设计；
场景图基础是整个场景结构的构造基础，为场景提供了三维的虚拟空间，并赋予了场景图精确的插入点位置，从而实现对一个或多个场景图对象的连接和控制。场景图中包含节点Node以及数据对象NodeComponent,节点又分为组节点Group和叶节点Leaf。组节点用于组织、控制其下的子节点，叶节点为末端节点，包含了构成场景图的核心语义元素，如物体几何形状、行为等。数据对象则包含叶节点所需的数据信息，叶节点通过对数据对象的引用提供其语义所要表达的数据信息。叶节点和数据对象配合可以构造三维物体、灯光等三维对象。根据所包含信息的不同，场景图又可以分为内容分支和视分支。
[0009]二、三维场景实现；
1.静态场景生成；建立三维交通场景，首先要实现静态三维场景。三维交通场景中，静态场景包括了场景中所有相对于地面没有发生位移的景物，以及相关的数据和信息，主要分为环境和房屋、道路等静态物体。因此通过对环境和静态物体分支图的构造来完成静态三维场景的建立。
[0010]建立静态场景首先要模拟真实的自然环境，构造包括灯光和背景的环境分支，给出太阳光、环境光、灯光、天空等必要的环境要素，使虚拟场景能够正常显示。
[0011]其次要将静态物体按照确定的位置放置。构造分支图时需要确定场景中每个三维物体的准确位置并实现空间位置的转换。
[0012]在构造过程中，静态物体的分支图采用分类构造的方法。这是由于在三维场景中，物体按照存在的状态又可分为两部分:不可变部分以及可变部分。不可变部分是指场景建立之后不会再改变的部分，如道路、房屋、路标等；可变部分是在场景建立后状态有可能变化的部分，如交通灯(其颜色会发生变化)。由于三维交通场景十分复杂庞大，因此应当尽量对场景的结构进行优化，提高渲染效率。
[0013]系统从GIS信息系统获取相关数据和信息之后，产生各个静态场景分支图，将分支图加入到场景基础之上，便完成了对三维静态场景的构造。
[0014]2.运动车辆生成；交通场景中车辆的运动状态十分复杂、速度各异，是一个连续的过程。模拟车辆在交通场景中的运动，要使车辆模型能在虚拟场景中根据实时获得的控制信息进行复杂的连续运动，具体的实现方法如下:
(I)实现车辆模型运动:将车辆模型节点连接在转移节点TransfromGroup上,通过改变转移节点的位置、方向设置，使车辆产生相应的运动。
[0015](2)车辆的复杂运动:用简单运动的组合来实现。可将车辆的运动分为位移和旋转两大类简单运动，其中位移包括了直线、曲线运动，旋转包括了水平、垂直旋转。实现三维物体的这些简单运动并将其组合，就可以生成车辆的复杂运动。
[0016](3)车辆根据从智能交通控制仿真系统实时获得的控制信息进行连续运动:车辆分支要能够按照特定的时间间隔，获取车辆的运动控制信息。同时由于信息是间隔取得，还需要将不连续的控制信息产生连续的运动。如果使用设置转移节点的方法，间隔一段时间变换一下位置来模拟车辆运动，会使程序设计十分复杂，运行效率低，造成运动的不连续。因此使用Java 3D提供的内插器Interpolator和Alpha结合转移节点来控制物体连续的运动。内插器根据给定的一系列位置、方向信息可以产生相应的连续运动，Alpha则控制内插器所产生运动的速度。使用可以产生物体位移和自身旋转的内插器和控制速度的Alpha构造成一个运动节点(MyInterpolator),并在其中构造实时获得运动控制信息的部分,使其可根据实时获得的控制信息产生运动。将运动节点连接在转移节点上，这样就可以控制转移节点运动，解决了生成实时控制的复杂连续运动的问题。
[0017]三、虚拟驾驶平台生成:
虚拟车辆仿真系统中包含了虚拟驾驶平台。通过这个驾驶平台，可以观察三维虚拟交通系统的运行状况。根据Java 3D的视模型设计视分支图可以完成虚拟驾驶平台的生成。
[0018]1.Java3D视模型；视分支图提供了一个窗口来观察场景图构成的虚拟世界。。视平台模型将整个场景分为两部分，虚拟世界和物理世界。虚拟世界是指场景图结构中，所有分支图所构成的虚拟场景。物理世界是指观察者所在的真实世界，包括显示设备等。两个世界通过内在的对应关系相连接，成为一个统一的空间。
[0019]2.虚拟驾驶平台设计；对虚拟驾驶平台的设计分两部分，首先生成视分支图，构造虚拟世界中的视平台，再生成View、Ganvas3D、Screen 3D等提供具体的渲染信息,从而在物理设备上绘制出场景。其中，对虚拟世界中视分支图的构造是主要的部分。
【主权项】
1.基于Java3D技术的虚拟车辆仿真技术，其特征是主要是场景结构设计，三维场景实现，虚拟驾驶平台生成。
2.根据权利要求I场景结构设计Java3D采用场景图结构（Scene Graph Structure)的场景组织模式，由场景图（Scene Graph)和场景图基础（Scene Graph Structure)两部分构成。
3.根据权利要求2则，虚拟车辆仿真系统的三维设计分为两部分：三维交通场景设计和虚拟驾驶平台设计。
4.根据权利要求3则根据Java3D场景图结构的特点，可以采用分类的方法，通过设计内容分支图来建立三维交通场景，通过设计视分支图构造虚拟驾驶平台。
5.根据权利要求I三维场景实现建立三维交通场景，首先要实现静态三维场景；三维交通场景中，静态场景包括了场景中所有相对于地面没有发生位移的景物，以及相关的数据和信息，主要分为环境和房屋、道路等静态物体。
6.根据权利要求4建立静态场景首先要模拟真实的自然环境，构造包括灯光和背景的环境分支，给出太阳光、环境光、灯光、天空等必要的环境要素，使虚拟场景能够正常显示。
7.根据权利要求4其要将静态物体按照确定的位置放置。
8.根据权利要求I运动车辆生成；（I)实现车辆模型运动：将车辆模型节点连接在转移节点TransfromGroup)上，通过改变转移节点的位置、方向设置，使车辆产生相应的运动；(2)车辆的复杂运动：用简单运动的组合来实现。
9.可将车辆的运动分为位移和旋转两大类简单运动，其中位移包括了直线、曲线运动，旋转包括了水平、垂直旋转。
10.实现三维物体的这些简单运动并将其组合，就可以生成车辆的复杂运动；（2)车辆根据从智能交通控制仿真系统实时获得的控制信息进行连续运动：车辆分支要能够按照特定的时间间隔，获取车辆的运动控制信息。
【专利摘要】虚拟车辆仿真是智能交通运用java 3D技术构建该系统则是一个崭新的技术。三维交通仿真是对智能交通系统进行分析和评价的一个有效方法。该技术能够很好地与环境相结合，支持分布式的结构，解决了平台无关性的问题，增强了系统的可移植性。Java 3D构造场景图的三维设计方法使虚拟场景的设计更加直观、灵活，简化了三维程序的设计开发，良好地解决了虚拟交通场景中场景构造、车辆运动、视点运动等问题，使虚拟车辆仿真系统可以直观地仿真出智能交通系统的状况，便于对其进行分析和评估。
【IPC分类】G06F9-455
【公开号】CN104598290
【申请号】CN201310531742
【发明人】不公告发明人
【申请人】镇江华扬信息科技有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年11月2日