车辆驾驶模拟器视景仿真技术研究

论文摘要

车辆驾驶模拟器作为一种能够真实模拟驾驶动作和感觉的仿真设备,具有训练效率高、安全性高、限制因素少、节省费用等优点,在车辆驾驶培训和汽车企业开发模拟方面得到了比较广泛的应用。一个功能比较完善的车辆驾驶模拟器包含模拟座舱、视景系统、操作控制系统以及音响系统等几个部分。其中,视景系统的效果在很大程度上影响了模拟驾驶的逼真度和实时性,因此对其中的关键技术进行研究具有十分重要的现实意义。论文在综述了车辆驾驶模拟器和视景仿真系统的国内外发展状况的基础上,对车辆驾驶模拟器视景仿真技术进行了研究,重点研究了其中的三维场景建模技术和实时驱动渲染技术。第1章阐述了论文的研究背景及意义,并分析了车辆模拟器国内外的发展状况,同时介绍了视景系统的结构和发展概况,最后给出了论文的主要研究内容。第2章主要是阐述了车辆驾驶模拟器的视景系统的组成框架,分别对硬件系统和软件系统两部分进行了介绍,并且分析了视景系统的需求,最后根据仿真需求选择了相应的场景建模软件Creator和实时驱动渲染软件Vega Prime。第3章主要是分析比较了地形生成技术,引入基于分形理论的随机中点位移法进行地形重构生成,并修正了随机变量函数,从而解决了地形褶皱现象并且可以更好地控制地形粗糙度,通过仿真实验分析了自相似参数H和迭代细化参数k对地形的影响。同时针对系统实时性要求,提出了地表渲染以及景物建模的优化技术。第4章主要是分析了车辆驾驶模拟器的实时驱动渲染系统,针对其中的碰撞检测和环境特效,做了深入的研究和分析,分别提出了基于自定义包围盒和Tripod法的碰撞检测方法,并且构造了基于粒子系统的降雨系统和实时控制模型。第5章主要是实现了视景仿真系统。建立了应用仿真程序流程,实现了三维场景模型的集成,并且利用Vega Prime实现了碰撞检测和降雨效果,还对基于粒子系统的降雨效果进行仿真实验,分析了降雨粒子相应的参数对视景系统实时性的影响。第6章对全文工作进行了总结,并展望了今后的研究工作方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 车辆模拟器国内外发展状况
• 1.3 视景仿真技术的发展状况
• 1.3.1 视景系统的结构
• 1.3.2 视景系统的发展概况
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 车辆模拟器视景系统总述
• 2.1 车辆模拟器视景系统组成
• 2.1.1 车辆驾驶模拟器构成
• 2.1.2 车辆驾驶模拟器的视景系统组成
• 2.2 视景系统需求分析
• 2.3 视景仿真系统软件方案
• 2.3.1 场景建模软件方案
• 2.3.2 实时驱动渲染软件方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 车辆驾驶模拟器三维场景建模技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 地形建模技术研究
• 3.2.1 地形建模概述
• 3.2.2 地形生成技术研究
• 3.2.3 车辆驾驶训练视景系统对地形的要求
• 3.3 基于随机中点位移法的地形建模
• 3.3.1 分形布朗运动（fBm）
• 3.3.2 随机中点位移法原理
• 3.3.3 算法随机量的选取
• 3.3.4 改进随机中点位移法
• 3.4 地形生成的实现及仿真实验
• 3.4.1 基于Matlab和Creator的联合实现
• 3.4.2 仿真实现结果分析
• 3.5 地形渲染及景物建模关键技术
• 3.5.1 基于纹理映射技术的地表渲染
• 3.5.2 景物建模优化技术
• 3.6 小结
• 第4章 车辆驾驶模拟器视景实时渲染技术研究
• 4.1 引言
• 4.2 碰撞检测技术研究
• 4.2.1 碰撞检测技术概述
• 4.2.2 层次包围盒碰撞检测法
• 4.2.3 地形匹配检测技术
• 4.3 车辆驾驶模拟仿真的碰撞检测实现
• 4.3.1 车辆碰撞检测系统概述
• 4.3.2 基于Tripod法的车与地形的检测模型
• 4.3.3 基于自定义包围盒的车与环境的碰撞检测
• 4.4 基于粒子系统的环境特效技术
• 4.4.1 环境特效技术概述
• 4.4.2 粒子系统原理
• 4.5 基于粒子系统的降雨模拟
• 4.5.1 雨景的分析
• 4.5.2 雨粒子的属性控制模型
• 4.5.3 雨粒子的渲染
• 4.5.4 粒子的实时属性变化模型
• 4.6 小结
• 第5章 车辆模拟器中的视景系统的实现
• 5.1 系统运行环境
• 5.1.1 系统硬件环境
• 5.1.2 系统软件环境
• 5.2 三维场景模型的集成实现
• 5.2.1 场景模型的集成框架
• 5.2.2 地形场景的实现效果
• 5.2.3 不同道路的实现效果
• 5.2.4 整体场景效果
• 5.3 基于Vega Prime的视景驱动
• 5.3.1 基于Vega Prime的视景仿真过程
• 5.3.2 Vega Prime的应用程序框架流程
• 5.4 视景系统中碰撞检测的实现
• 5.4.1 基于Lynx Prime的Tripod法碰撞检测实现
• 5.4.2 基于VP的自定义包围盒的实现
• 5.5 基于粒子系统环境效果的实现
• 5.5.1 降雨粒子系统效果实现
• 5.5.2 降雨效果仿真实验
• 5.6 小结
• 第6章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 作者简介