韋永龍

廣西經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，廣西南寧，530021

0 引言

隨著人們對(duì)汽車安全保障要求的提高，汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)逐漸得到關(guān)注和使用。自動(dòng)駕駛協(xié)助系統(tǒng)可以幫助駕駛員減輕駕駛負(fù)擔(dān)，提高駕駛效率和安全性。然而，ASDS需要駕駛?cè)藛T接受專門的訓(xùn)練和教育，才能保障系統(tǒng)的安全和有效。傳統(tǒng)的ASDS系統(tǒng)培訓(xùn)方式存在成本高、危險(xiǎn)性高等缺陷。而使用VR技術(shù)進(jìn)行ASDS培訓(xùn)，可以在安全的虛擬環(huán)境中模擬各種駕駛場(chǎng)景，從而提高學(xué)員的駕駛技能和反應(yīng)能力，同時(shí)降低真實(shí)駕駛場(chǎng)景的危險(xiǎn)性和成本。文章將總結(jié)VR技術(shù)在ASDS培訓(xùn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并提出未來研究方向。

1 應(yīng)用技術(shù)介紹

VR技術(shù)是指虛擬室內(nèi)空間圖像的精準(zhǔn)定位與解算技術(shù)、觸覺/焦點(diǎn)反饋、三維地圖顯示解算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)等多種技術(shù)的集成，利用交互式三維立體虛擬動(dòng)態(tài)視覺效果。場(chǎng)景與虛擬實(shí)體線視覺效果與個(gè)人行為的融合系統(tǒng)是全自動(dòng)仿真模擬，根據(jù)虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)化為全自動(dòng)仿真虛擬自然環(huán)境，使所有虛擬客戶的所有視覺效果立即被VR覆蓋虛擬自然環(huán)境，客戶在真實(shí)虛擬室內(nèi)環(huán)境中的移動(dòng)偏移和物體旋轉(zhuǎn)，不僅會(huì)立即推動(dòng)整個(gè)虛擬自然環(huán)境發(fā)生變化，讓所有客戶仿佛置身于虛擬自然環(huán)境中，獲得“身臨其境”的感覺。

2 ASDS的重要性分析

對(duì)道路交通事故造成的交通違法行為進(jìn)行分析，可知大部分交通安全事故與駕駛員不良安全駕駛個(gè)人行為習(xí)慣的養(yǎng)成密切相關(guān)?，F(xiàn)階段，無人駕駛屬于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系中的一種發(fā)展趨勢(shì)，ASDS旨在逐步擴(kuò)大我國的安全駕駛比例和完善駕培過程訓(xùn)練系統(tǒng)。第一，提高安全系數(shù)，主動(dòng)的安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有利于合理降低汽車駕駛風(fēng)險(xiǎn)。第二，立即糾正司機(jī)不良駕駛習(xí)慣。第三，保持安全行車距離，根據(jù)氣溫和自然環(huán)境的細(xì)微變化，盡快調(diào)整兩車之間或是車與其他物體之間的距離。最終記錄行駛?cè)^程，對(duì)汽車聲像圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同步分析記錄，為道路交通事故證據(jù)的調(diào)查處理提供關(guān)鍵參考和客觀事實(shí)依據(jù)。

3 當(dāng)VR遇到ASDS

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能

駕駛模擬系統(tǒng)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬各種路況情境下，對(duì)駕駛員駕駛技術(shù)的考核測(cè)試，包括安全事故和異常引起的行駛、轉(zhuǎn)向、停車和振動(dòng)等。因此，系統(tǒng)要能夠提供一個(gè)虛擬的、自然的駕駛環(huán)境，汽車的行駛特性、安全性能等方面要得到改善和增強(qiáng)，這一切都離不開汽車系統(tǒng)和電子產(chǎn)品的完美結(jié)合。曾有專家指出，電子技術(shù)的發(fā)展改變了汽車產(chǎn)品的概念，這是新電子產(chǎn)業(yè)受到關(guān)注的主要原因之一。除了車載影音設(shè)備、車載通信和車載辦公系統(tǒng)外，現(xiàn)代汽車電子從電子元器件的使用進(jìn)入了一個(gè)新的階段，包括微電路、執(zhí)行器等。目前國內(nèi)外汽車都配備了緊急制動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)制動(dòng)踏板的力度和速度，判斷緊急制動(dòng)力是否足夠，必要時(shí)加大制動(dòng)力。緊急制動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)完成，該系統(tǒng)將高速車輛的側(cè)滑距離減少到25m左右，可以保證車輪平衡和動(dòng)力分配，確保汽車在惡劣的環(huán)境下也能保持平衡。目前，汽車的所有機(jī)械部分都是可控的，但汽車的空間有限，搭建系統(tǒng)的空間更是有限。理想的狀態(tài)是電子控制單元和控制部分緊密連接成一個(gè)整體，因此小型化和電路集成化是非常重要的一條路徑。電控單元必須滿足智能化的需要。以安全氣囊為例，在關(guān)鍵時(shí)期必須立即展開。大多數(shù)情況下，安全氣囊處于待機(jī)狀態(tài)。因此，氣囊應(yīng)具備自檢和維護(hù)能力，以持續(xù)確認(rèn)氣囊的正常運(yùn)行。

3.2 視覺仿真技術(shù)

視覺與自然環(huán)境模擬的重點(diǎn)是圍繞新的VR模擬技術(shù)，基于各種模擬方法，構(gòu)建一個(gè)真實(shí)交互的視覺自然環(huán)境，讓移動(dòng)用戶與特殊的自然環(huán)境即時(shí)連接，進(jìn)行合理互動(dòng)，完成特殊自然環(huán)境實(shí)際意義下的各種功能。在司機(jī)的3D模擬中，我們會(huì)看到馬路上的人行橫道、等待信號(hào)燈的汽車、路兩旁的行人、工程建筑、雕塑、廣告牌等。系統(tǒng)仿真是在保證當(dāng)前硬件配置適用的前提下，根據(jù)系統(tǒng)仿真中必須注意的關(guān)鍵點(diǎn)，體現(xiàn)在所有3D場(chǎng)景的整體規(guī)劃中。基于模型的開發(fā)方法是以模擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，從而形成了包括汽車電子控制系統(tǒng)等在內(nèi)的產(chǎn)品[1]。

3.3 虛實(shí)定位融合技術(shù)

真實(shí)部件與Unity模塊中的虛擬汽車方向盤緊密集成，使用三維空間的矩陣變換來測(cè)量真實(shí)物體和虛擬物體的部分，兩者重疊。這種三維向量空間中的變換主要包括空間向量注釋函數(shù)公式變換、尺度變換、旋轉(zhuǎn)變換等基本數(shù)學(xué)思維方法。而3D線性變換引流矩陣的主要功能可分為3D線性變換、3D注釋變換、透視變換和整體限制因素。

3.4 交互式動(dòng)畫技術(shù)

交互式剎車踏板動(dòng)畫視頻是一種通用的動(dòng)畫視頻，具體是指剎車踏板動(dòng)畫開始時(shí)立即適用的剎車踏板事件的自動(dòng)響應(yīng)和交互式動(dòng)畫效果。例如，當(dāng)我們使用腳制動(dòng)器時(shí)，它可以是全自動(dòng)的。啟動(dòng)一系列交互式動(dòng)畫以開始播放視頻。而我們的交互動(dòng)畫是基于Unity的，實(shí)際效果是在后期應(yīng)用中合成的。

3.5 ASDS系統(tǒng)的硬件要求

3.5.1 雷達(dá)傳感器

使用遠(yuǎn)程雷達(dá)檢測(cè)傳感器集成在汽車保險(xiǎn)杠周圍的四個(gè)角落，其中兩個(gè)用于檢測(cè)前方物體，兩個(gè)用于檢測(cè)后方物體。無線電定位反射波受物體的材質(zhì)、大小和外觀的影響而發(fā)生變化，從而可以確定反射物體的精確角坐標(biāo)。根據(jù)這個(gè)方法，傳感器可以立即準(zhǔn)確地測(cè)量物體之間的距離、兩個(gè)或多個(gè)物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及視角相關(guān)性。由于具有目標(biāo)檢測(cè)和距離測(cè)量的功能，該傳感器被用于一些安全應(yīng)用，如盲點(diǎn)檢測(cè)和交通出行警告。

3.5.2 多功能相機(jī)傳感器

便利ADAS系統(tǒng)的主要功能是通過車輛安裝的各種傳感器進(jìn)行感測(cè)，將感知數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，在有限的情況下給予駕駛者較高的便利性。便利性ADAS系統(tǒng)和安全性ADAS系統(tǒng)最大的區(qū)別是便利性ADAS系統(tǒng)主要是根據(jù)駕駛者的意圖或潛在意圖方便駕駛者駕駛，不會(huì)強(qiáng)制介入車輛控制[2]。應(yīng)用相機(jī)捕捉并解決二值化?？尚行苑治鰞?yōu)化算法和過濾設(shè)備用于收集關(guān)于自然環(huán)境的信息。根據(jù)這一特性，該攝像頭可用于不同的駕駛功能，例如智能汽車大燈操控。

3.5.3 主視圖相機(jī)

眾所周知，無人駕駛的一個(gè)必要條件是獲取所有車輛自然環(huán)境的所有相關(guān)信息。主視圖周圍的攝像頭可以在“魚眼”攝像頭的基礎(chǔ)上給出詳細(xì)的360°視圖，同時(shí)還增加了真實(shí)感。因此，可以圍繞主視圖傳感器使用多個(gè)應(yīng)用程序。一個(gè)作用是盲點(diǎn)檢測(cè)，這使得跟蹤騎自行車的人和路人變得容易。監(jiān)控?cái)z像頭保證用車無壓力。駕駛員泊車，尤其是全自動(dòng)泊車，非常輕松省力。主視圖周圍的攝像頭是非常小的傳感器，因此可以以非常節(jié)省空間的方式創(chuàng)建，例如安裝在車頂或后視鏡上。

3.5.4 激光無線電定位

短程激光無線電定位傳感器安裝在汽車后視鏡區(qū)域，可以使用1～10米的探測(cè)范圍，激光無線電定位傳感器用于空間站緊急停車輔助系統(tǒng)的軟件中。傳感器能夠區(qū)分汽車需要減速的障礙物，例如過馬路的行人；汽車不需要減速的障礙物，例如尾氣排放增加、道路破損等。

3.5.5 多功能激光無線電定位

多功能激光無線電定位傳感器是紅外傳感器和監(jiān)控?cái)z像頭傳感器的組合。它可以用于與攝像頭和激光無線電定位傳感器相同的應(yīng)用，同時(shí)紅外傳感器與攝像頭組合的體積也是非常小的。

3.5.6 傳感器融合

不同的傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率，將幾個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器的信息結(jié)合起來是一個(gè)很好的解決方案。基于可視化的、快速而強(qiáng)大的汽車跟蹤軟件，所有數(shù)據(jù)均存入3D云中，然后通過云服務(wù)可以檢測(cè)車輛的位置、方向和完整運(yùn)動(dòng)，包括瞬時(shí)速度和偏航率。激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)在車載激光雷達(dá)的評(píng)測(cè)中，需要針對(duì)測(cè)試指標(biāo)構(gòu)建車用激光雷達(dá)測(cè)試場(chǎng)景，建立標(biāo)定場(chǎng)、控制點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)，通過設(shè)置標(biāo)靶，結(jié)合已有的高精度、高置信度測(cè)試儀器進(jìn)行激光雷達(dá)標(biāo)定[3]。

4 VR技術(shù)與ASDS加持下駕培系統(tǒng)的運(yùn)作方式

4.1 局部動(dòng)作的掌握

在模擬駕駛的情況下，充分利用駕駛汽車模擬器，讓學(xué)生更清晰地識(shí)別道路上的駕駛情況，然后有時(shí)間做出一些應(yīng)對(duì)措施，從而保證路人和司機(jī)的安全系數(shù)。

4.2 交替動(dòng)作的掌握

利用智能駕駛模擬器對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)，學(xué)員掌握各種操作方法，再進(jìn)行真車駕駛，有效縮短教學(xué)時(shí)間，學(xué)員快速進(jìn)入模式，提升駕駛實(shí)踐技能。

4.3 動(dòng)作的輔助完善

在學(xué)習(xí)了駕駛專業(yè)技能后，學(xué)生必須在規(guī)定的角色中推廣自己的駕駛主題活動(dòng)，提高活動(dòng)的邏輯性和靈活性，融入交通同行法則[4]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在模擬駕駛方面具有以下優(yōu)勢(shì)：節(jié)約了學(xué)習(xí)成本，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成到各種車系的不同實(shí)踐模擬仿真中，只需要重新部署或重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，對(duì)駕駛員技術(shù)進(jìn)行量化評(píng)估，設(shè)計(jì)出更好的解決方案，有效地操作程序；確保安全，防止新手駕駛造成道路交通事故[5]。

5 結(jié)語

從我國的駕校駕培來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種新的技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用到ASDS系統(tǒng)之后，在實(shí)現(xiàn)技術(shù)落地的同時(shí)，也開創(chuàng)了一項(xiàng)新的應(yīng)用。而在駕培方面，也可以通過這樣的技術(shù)組合實(shí)現(xiàn)安全、高效且精確的駕駛培訓(xùn)過程，全方位加強(qiáng)學(xué)員與教練的教學(xué)互動(dòng)。