CN101587658A - 基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，操纵装置中的各个仿真操纵机构分别与数据采集装置中相应的开关传感器，位移传感器和角位移传感器相连接；各个传感器的输出引脚分别与数据处理装置中的单片机的相应A/D口或I/O口相连接；数据处理装置通过计算机串口RS－232与三维驾驶模拟软件装置相连接；最后三维驾驶模拟软件装置与图像显示终端装置相连接。本发明具有真实感强，响应快速，控制准确，成本低等特点。

Description

基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置

技术领域

本发明涉及汽车驾驶模拟装置，尤其涉及一种基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置。

背景技术

随着经济的飞速发展，汽车逐渐成为了我们生活中必不可少的代步工具，然而交通事故也随之迅猛增加。由于交通事故增多所引起的人员伤亡和财产损失，已经严重阻碍了我国社会，经济的发展。尽管许多汽车公司采用更先进的主动安全和被动安全技术来减轻事故的伤害程度，但引发交通事故产生的根本原因都未得到解决。根据对道路交通事故的分析可知，交通事故的发生与驾驶员的关系最为密切。因此只有提高驾驶员的操作水平，才能从根本上减少交通事故的发生，提高驾驶员的驾驶安全性。

三维汽车驾驶训练模拟装置，其通过在微机上实时生成汽车行驶过程中的三维虚拟驾驶场景，来模拟汽车的实际驾驶过程，从而达到训练驾驶员形成正确地，熟练地驾驶操作的目的。使用三维汽车驾驶训练模拟装置可以替代实车训练中的部分内容和科目，从而降低驾驶员的培训成本，也有利于培养驾驶员在任何紧急情况下都能有可靠而卓有成效的工作的能力，并具有节能，安全，经济，高效，真实感强等优点。因此，开发具有我国交通情况和道路状况特点的三维汽车驾驶模拟装置具有重大的必要性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，该装置能够真实的模拟与汽车驾驶相关的各种操作，并使其在关键性能上与实车具有相同的驾驶感觉，具有开发效率高，真实感强，软件成本低，可广泛应用等特点。

为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，包括操纵装置，数据采集装置，数据处理装置，三维驾驶模拟软件装置和图像显示终端装置。操纵装置中的各个仿真操纵机构分别与数据采集装置中相应的开关传感器，位移传感器和角位移传感器相连接；各个传感器的输出引脚分别与数据处理装置中的单片机的相应A/D口或I/O口相连接；数据处理装置通过计算机串口RS-232与三维驾驶模拟软件装置相连接；最后三维驾驶模拟软件装置与图像显示终端装置相连接。

所述操纵装置为对汽车几个主要操纵机构的实物仿真，包括点火装置，转向装置，离合装置，制动装置，油门装置，换挡装置等，驾驶员对这些操纵机构进行操作时的感觉与进行真实驾驶时的感觉相差无几。

所述数据采集装置采用传感器进行采集，包括开关传感器，位移传感器和角位移传感器三类，其能对操纵装置的实时状态进行及时的采集。

所述数据处理装置采用Atmel公司生产的AVR单片机ATMEGA16，其能实时的接收传感器所检测到得各种信息参数，并能对接收到的各种信息参数进行快速准确的处理，同时将处理后的结果通过计算机串口RS-232传送给三维驾驶模拟软件装置。

所述三维驾驶模拟软件装置是将源代码开放的图像渲染引擎OGRE和物理引擎ODE相结合而设计开发的。

面向对象的图像渲染引擎OGRE可以实现汽车行驶过程中虚拟的三维驾驶环境，使驾驶员有种“身临其境”的驾驶感觉；物理引擎ODE可以真实的实现汽车的行驶，碰撞，侧翻，上坡等比较复杂的驾驶行为。当OGRE和ODE相互结合时，就能完全的展示汽车的驾驶特性。

所述图像显示终端装置为微机，其不仅能实时的显示虚拟的驾驶环境和汽车的各种运动状态，还能发出汽车行驶过程中加速，减速时的各种声音，增强了驾驶员模拟驾驶过程的真实感。

本发明根据在模拟汽车的行驶过程时，传感器对驾驶员操纵过程中的各种参数进行实时的采集，并通过单片机对这些数据进行快速处理，然后将处理后的信号通过RS-232接口传送给三维驾驶模拟软件装置，三维驾驶模拟软件装置根据控制信号来变换虚拟的三维驾驶环境和汽车的运动状态。这种控制方法具有真实感强，响应快速，控制准确，成本低等特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的一个工作流程图。

图3为本发明的数据采集装置框图。

图4为本发明的三维驾驶模拟软件装置的工作框图。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明的数据处理装置采用Atmel公司生产的ATMEGA16单片机，其包含高性能、低功耗的8位微处理器，先进的RISC结构，512字节的EEPROM可擦写10,000次，四通道PWM，8路10位ADC，8个单端通道。

本发明的三维驾驶模拟软件装置是基于OGRE和ODE引擎在visualstudio 2005的平台上编写开发的。图像渲染引擎OGRE是一种面向对象的3D引擎，它是用C++语言开发的，使用非常的灵活。软件开发者通过应用OGRE可以方便，直接的开发基于3D硬件设备的应用程序或软件。OGRE中的类库不仅对更底层的系统库的全部使用细节进行了抽象，而且提供了基于现实世界对象的接口。

物理引擎ODE是一个性能高，源代码开放的刚性物理动力学模拟库。它的功能相当的全面，技术也比较成熟且平台独立性很强，非常容易和C或C++配合使用。ODE具有各种高级的铰接类型和碰撞检测系统，对交通工具，虚拟环境中的物体和虚拟生物进行模拟非常的适合。ODE的核心部分是以牛顿力学的基本原理为基础形成的算法包，它是牛顿力学的C++语言程序的实现，因此具有相当好的平台独立性，运算速度快和体积小等特点。

参照图1，图2，本发明的工作流程为：本发明对汽车驾驶过程的一些基本操纵部件如转向装置，油门装置，离合装置，制动装置和换挡装置，另外还有点火装置，转向指示灯等辅助性操纵部件进行了实物模拟仿真，驾驶员在内部结构类似于驾驶室的操作舱中操纵各个操纵部件来模拟汽车运动时，数据采集装置会实时的采集各个操纵部件的状态参数，然后将采集到得状态参数传送到数据处理装置中进行快速处理和运算，得到汽车模型的主要控制参数，然后将这些参数通过串行通信端口RS-232发送给三维汽车驾驶模拟软件装置，软件系统通过计算得出虚拟三维驾驶场景和虚拟车辆的新状态，并显示在终端上，同时根据车辆的运行情况发出相应得驾驶声音。驾驶员就能在虚拟视景中实时的观察到所驾驶车辆的运行情况，感觉如同在实际的道路上行驶一样。

参照图3，本发明的实施方案中数据采集装置采用传感器，其中转向装置采用无触点倾斜角位移传感器，离合装置，制动装置，油门装置采用TWZ型直流位移传感器，点火装置，换挡装置采用槽型对射式光电开关传感器。为了使本发明的控制更加准确，响应更加快速，选择无触点倾斜角位移传感器的分辨率为0.02°，TWZ型直流位移传感器的分辨率为20μm，槽型对射式光电开关的响应时间为25μs。

参照图4，本发明的三维驾驶模拟软件装置的运行过程为：首先资源管理器载入粒子模板定义文件，材质定义文件，模型文件，骨骼动画文件以及各种图像文件；同时场景管理器从场景文件中读入驾驶模拟的三维虚拟驾驶场景；道路参数管理器从道路参数文件中载入各种道路信息；汽车模型管理器从汽车模型定义文件中读入汽车模型，汽车的一些重要机构的物理参数和形状参数都包含在这个文件中；做完上述准备工作之后，OGRE的帧监听器开始循环监听，实时读取数据处理装置通过串口RS-232发送的控制参数，并进行及时快速处理。其中最主要的处理工作是通过汽车模拟管理器和道路参数管理器计算得出汽车模型新的状态参数。经过处理后，三维驾驶模拟软件装置根据得到的新的道路信息和汽车模型信息进行更新，从而不断形成新的虚拟驾驶场景，并将它们显示到终端，同时还伴随着加速或减速等汽车行驶运动时的各种声音。

Claims (4)

1、一种基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，其特征正在于，包括操纵装置，数据采集装置，数据处理装置，三维驾驶模拟软件装置和图像显示终端装置，操纵装置中的各个仿真操纵机构分别与数据采集装置中相应的开关传感器，位移传感器和角位移传感器相连接；各个传感器的输出引脚分别与数据处理装置中的单片机的相应A/D口或I/O口相连接；数据处理装置通过计算机串口RS-232与三维驾驶模拟软件装置相连接；最后三维驾驶模拟软件装置与图像显示终端装置相连接。

2、根据权利要求1所述的基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，其特征在于，所述数据采集装置采用传感器进行采集，包括开关传感器，位移传感器和角位移传感器三类，其中转向装置采用无触点倾斜角位移传感器；离合装置，制动装置和油门装置采用TWZ型直流位移传感器；它们与ATMEGA16单片机中的A/D口相连接，点火装置和换挡装置采用槽型对射式光电开关传感器，其与ATMEGA16单片机中的I/O口相连接。

3、根据权利要求1所述的基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，其特征在于，所述数据处理装置采用Atmel公司生产的AVR单片机ATMEGA16。

4、根据权利要求1所述的基于图像渲染引擎和物理引擎的三维汽车驾驶模拟装置，其特征在于，所述三维驾驶模拟软件装置是将源代码开放的图像渲染引擎OGRE和物理引擎ODE相结合而设计开发的。

Images