虚拟交通场景中的雨雪仿真

论文摘要

雨雪天气是自然环境的重要组成部分。在车辆驾驶过程中,雨雪天气直接影响驾驶的安全。以往的模拟驾驶系统仅对视景区域的雨雪进行模拟而忽略挡风玻璃上的雨雪效果。由于车辆挡风玻璃上的雨滴或雪花在实际的交通场景中对驾驶者的视觉影响较大,因此在模拟驾驶系统中车辆的挡风玻璃上加入不同程度的降雨或降雪效果能够增强雨雪模拟的真实感。综上所述,车辆挡风玻璃上的雨雪模拟对构造逼真的驾驶仿真环境具有重要的意义。雨雪天气中,雨滴或雪花在车辆挡风玻璃上的数量较多,运动过程复杂,使得雨雪的实时模拟十分困难。因此,本文针对如何构造仿真模型以及降低计算复杂度等问题展开研究。论文的主要工作及研究成果如下：(1)对已有的算法及其应用进行分析,对粒子系统的实现原理和基本模型进行研究,分析车辆挡风玻璃上雨雪场景的特点以及与雨雪场景模拟有关的关键问题,包括雨滴和雪花的形状、运动过程、影响因素、模拟的视觉效果等。(2)在粒子系统的基础上给出了车辆挡风玻璃上雨雪粒子的模拟算法。该算法首先分析了模拟驾驶系统中雨雪天气的特点,构造出适用于模拟车辆挡风玻璃上雨雪粒子的通用框架,然后根据雨雪粒子的特点给出基于相同粒子框架的雨雪粒子模拟方法。(3)结合图形引擎OSG(OpenSceneGraph)设计并实现了适用于车辆挡风玻璃上雨雪粒子模拟的仿真系统,对给出的雨雪模拟算法进行实验,通过实验验证了仿真系统的正确性和实时性。本文最终实现了车辆挡风玻璃上雨雪粒子的仿真。仿真具有较强的真实感和较好的实时性,能够满足车辆模拟驾驶系统的要求。本文的仿真模型可以通过调整系统粒子数量,实现车辆挡风玻璃上不同强度的雨雪效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 本文的研究工作
• 1.5 论文组织
• 第2章 相关理论和技术
• 2.1 粒子系统理论
• 2.1.1 粒子系统的基本原理
• 2.1.2 粒子系统基本过程
• 2.2 OSG图形引擎
• 2.2.1 OSG组成模块
• 2.2.2 OSG场景的组织及渲染
• 2.2.3 OSG二维纹理和RTT技术
• 2.2.4 OSG渲染过程
• 2.3 OSG的粒子系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 雨雪仿真系统的建模及算法分析
• 3.1 雨雪粒子系统的通用结构和算法
• 3.2 雪花粒子模型
• 3.2.1 交通场景中雪景特点的分析
• 3.2.2 雪花粒子的属性
• 3.3 雨滴粒子模型
• 3.3.1 雨滴粒子的属性
• 3.3.2 雨滴在车辆视窗上的运动模型
• 3.3.3 雨滴粒子的渲染模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 雨雪仿真系统的设计和总体框架
• 4.1 系统需求分析
• 4.1.1 模拟驾驶系统的设计需求
• 4.1.2 系统需求描述
• 4.1.3 总体目标
• 4.1.4 功能目标
• 4.2 系统框架设计
• 4.3 系统处理流程
• 4.4 功能模块设计
• 4.4.1 基础功能模块
• 4.4.2 核心功能模块
• 4.5 本章小结
• 第5章 雨雪仿真系统的详细设计与实现
• 5.1 粒子系统加载模块
• 5.1.1 功能描述
• 5.1.2 具体实现
• 5.2 系统控制模块
• 5.2.1 系统控制模块的功能描述
• 5.2.2 人机交互子模块
• 5.2.3 系统处理子模块
• 5.3 粒子系统管理模块
• 5.3.1 功能描述
• 5.3.2 粒子系统模块
• 5.4 系统渲染模块
• 5.4.1 系统渲染模块的组成
• 5.4.2 粒子映射子模块
• 5.4.3 纹理坐标计算子模块
• 5.5 本章小结
• 第6章 雨雪仿真系统应用实例和结果分析
• 6.1 试验平台
• 6.1.1 硬件平台
• 6.1.2 软件平台
• 6.2 系统应用实例
• 6.2.1 雪景模拟
• 6.2.2 雨景模拟
• 6.3 实验结果分析
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果