基于汽车驾驶模拟器的动态情景建模与仿真

论文摘要

随着我国国民经济的发展,机动车保有量不断增加,机动车数量的增加也使得道路交通安全形势严峻,交通事故持续增长。为提高道路交通安全性,减少和预防交通事故,人-车-路环境协调性的研究成为重要的课题,而汽车驾驶模拟器成为研究该课题的重要工具。动态情景建模与仿真系统是在汽车驾驶模拟器上进行开发的。在模拟器上构建的动态危险情景,可以供驾驶员进行训练,提高驾驶员在紧急情况下的车辆控制技巧以及学习各种情形下的避让策略。通过训练一方面可以减少由动态突发事件导致的交通事故,另一方面研究人员可以通过观察驾驶员的操作行为以及分析实验数据,研究环境中各因素对驾驶员操作以及交通事故的影响。介绍了国内外基于模拟器的动态情景的研究现状,对易发生交通事故的各种动态情景进行研究,通过数学建模方法,建立了表述动态情景的模型。然后根据动态语言的特点,将模型进行转换,转换为能在计算机中使用的脚本格式。在动态情景模型及脚本格式的基础上,进行系统需求分析,设计了系统的功能模块。结合需要实现的功能模块以及原有的模拟器系统结构,设计了仿真系统的结构框架。研究了脚本技术和计算机仿真技术,根据设计的系统框架,实现了动态情景仿真系统。在动态情景脚本构造模块中,实现了独立的动态情景编辑界器,选用Lua动态语言并将模拟器仿真软件中的部分信息通过接口的形式开放给脚本,实现了动态情景的脚本表示。在动态情景解析模块中,设计了动态情景对象抽象类以及具体对象子类,用来记录从脚本中解析到的对象信息,脚本的解析主要是通过Lua的栈调用Lua自身API函数来实现。动态情景呈现模块中,进行了情景中对象的创建和呈现,对象的运动由帧监听器调用脚本中设计的运动函数并每帧进行渲染来呈现。以行人过马路和车辆刹车动态情景为例,在仿真系统上进行了实验。将动态情景转换为情景模型,在编辑中根据模型编辑该情景,将编辑器输出的脚本文件载入汽车驾驶模拟器,动态情景通过渲染呈现。利用动态情景仿真系统仿真的动态情景和用户期望的情景一样,实验表明系统能实现预期的功能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 动态危险情景研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究的目的与意义
• 1.4 课题来源与本文的主要内容
• 第2章 动态情景建模与仿真的关键技术
• 2.1 动态语言技术
• 2.1.1 动态语言概述
• 2.1.2 Lua语言
• 2.2 仿真技术
• 2.2.1 仿真技术概述
• 2.2.2 Ogre图形渲染引擎
• 2.3 本章小结
• 第3章 动态情景建模分析
• 3.1 典型动态情景提炼
• 3.2 动态情景的建模
• 3.3 动态情景模型的脚本模式
• 3.4 本章小结
• 第4章 动态情景仿真系统设计
• 4.1 系统的需求分析
• 4.2 系统总体框架设计
• 4.3 动态情景编辑器设计
• 4.3.1 编辑器界面设计
• 4.3.2 脚本格式设计
• 4.4 动态情景解析模块设计
• 4.5 动态情景构造模块设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 动态情景仿真系统实现及应用
• 5.1 动态情景脚本构造模块的实现
• 5.1.1 动态情景编辑器的界面实现
• 5.1.2 动态语言的选择
• 5.1.3 汽车驾驶模拟器软件中开放接口分析
• 5.1.4 动态情景脚本格式
• 5.1.5 编辑器自动生成脚本功能的实现
• 5.2 动态情景解析模块的实现
• 5.3 动态情景呈现模块的实现
• 5.4 系统应用实例
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究内容总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况