CN103050027B - 具有立体视觉的驾驶模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有立体视觉的驾驶模拟器，所述的驾驶模拟器包括至少包括一对投影仪，各投影仪的镜头前分别设置一个偏振器，一对投影仪中的两偏振器的偏振互相垂直；所述的驾驶模拟器还包括用于观看的偏振眼镜，偏振眼镜的两个镜片的偏振互相垂直，且其中一个镜片的偏振方向与投影仪的一个偏振器的偏振方向一致；所述的驾驶模拟器包括具有驾驶仿真软件的计算机、模拟驾驶台、投影仪，模拟器驾驶台的输出信号输入所述计算机；所述计算机的驾驶仿真软件中，至少设置一对虚拟摄像机。本发明采用成对的虚拟摄像机、和成对的投影仪和两偏振光结合，形成立体效果，提高训练效果。

Description

具有立体视觉的驾驶模拟器

技术领域

    本发明涉及车辆或船舶的驾驶模拟器，尤其涉及具有立体视觉驾驶模拟器。

背景技术

随着计算机图形图象处理技术的迅速发展，计算机在动画制作中的应用范围越来越广，目前应用分两类：计算机辅助动画（即二维动画）和计算机生成动画（即三维动画）。三维动画其三维数据在计算机内部生成，其运动轨迹也是在计算机内部以三维数据确定。动画技术作为一种表达第四维信息的技术，不仅可以用来表达时间的变化，也可以用于表示其它参数的变化。计算机图形学中的三维图形知识应用在可视化技术中，使得人们能够利用计算机在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作，并和它们直接交流，可视化技术赋予人们对物体进行仿真并且实时交互的能力。视景仿真采用计算机图形图像技术，根据的仿真的目的，构造仿真对象的三维模型或再现真实的环境，达到非常逼真的仿真效果。

目前的车辆和船舶驾驶模拟器的一般是把三维空间的模型与模拟驾驶台的方向控制装置、油门、刹车、灯光等控制对象相结合和互动，然后按照通过单目视觉透视原理，利用一个三维虚拟空间中的、相对虚拟驾驶台位置固定的虚拟摄像机所摄影到的空间关系的变为二维图像，然后将该图像投影到驾驶模拟器的荧幕中，这种图像没有立体效果，即不具有双目立体视觉效果。而现在的立体电影或仿真系统都是一个开环的控制系统，只能按照指定的路写驾驶，没有一个互动的立体视觉感知模拟驾驶操作方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有立体视觉的驾驶模拟器。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：

具有立体视觉的驾驶模拟器，所述的驾驶模拟器包括至少包括一对投影仪，各投影仪的镜头前分别设置一个偏振器，一对投影仪中的两偏振器的偏振互相垂直；所述的驾驶模拟器还包括用于观看的偏振眼镜，偏振眼镜的两个镜片的偏振互相垂直，且其中一个镜片的偏振方向与投影仪的一个偏振器的偏振方向一致； 所述的驾驶模拟器包括具有驾驶仿真软件的计算机、模拟驾驶台、投影仪，模拟器驾驶台的输出信号输入所述计算机；所述计算机的驾驶仿真软件中，至少设置一对虚拟摄像机，一对虚拟摄像机中两虚拟摄像机在虚拟空间中左右设置，且相对虚拟驾驶台的位置固定，采集到的虚拟场景图像通过计算机处理后，分别通过一对投影仪中的两个投影仪输出。

上述方案中，所述计算机为两台具有相同驾驶仿真软件的计算机，模拟驾驶台的输出信号同时输入两计算机，两计算机分别通过两投影仪输出图像。

上述方案中，驾驶模拟器还包括1－5对投影仪，各对投影仪的投影相邻处相互衔接；各对投影仪的空间位置与虚拟空间中摄像机位置相同，并接受相对应的虚拟摄像的影像；各对投影仪镜头前的偏振器中的一个偏振器的偏振方向一致；

所述计算机的驾驶仿真软件中还设置有1－2对虚拟摄像机，各对虚拟摄像机采集到的场景图像相邻处相互衔接。

上述方案中，所述两台计算机的配置相同，两台计算机之间通讯连接；所述两台计算机中分别设有用于对输出的视频画幅帧数进行计数的计数器和用于比较单位时间内输出视频画幅帧数的比较器，比较器的输出用于确定所在计算机的视频输出是否运行空循。

上述方案中，模拟器驾驶台包括汽车模拟驾驶台，汽车模拟驾驶台上设有油门的深度传感器、档位传感器、钥匙传感器、手刹传感器、离合器传感器、脚刹状态传感器和转向盘转角传感器；所述驾驶仿真软件为汽车驾驶仿真软件。

上述方案中，模拟器驾驶台包括船舶模拟驾驶台，船舶模拟驾驶台上设有航行舵角传感器和主机转速传感器，所述驾驶仿真软件为船舶驾驶仿真软件。

上述方案中，模拟器驾驶台包括起重机模拟驾驶台，起重机模拟驾驶台上设有行走机构传感器、旋转机构传感器、起升机构传感器和变幅机构传感器，所述驾驶仿真软件为起重机驾驶仿真软件。

上述方案中，虚拟空间的一对虚拟摄像机的视角差不大于2°。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、目前采用的模拟驾驶器方式来体验驾驶仿真，导致沉浸的身体力学感知效果不够真实，本发明采用成对的虚拟摄像机、和成对的投影仪和两偏振光结合，形成立体效果，让模拟器人驾驶能沉浸到驾驶环境中，可以达到仿真度较高的驾驶效果，提高的真实度，有利于初学驾驶体验教学和科学对驾驶者心理测试，提高训练效果。

2、两个虚拟摄像机分别在两台计算机进行仿真，两台计算机分别根据运动轨迹对拍摄到场景进行渲染，提高渲染的速度。

3、采用多对虚拟摄像机和投影仪，增加了采集和投影的范围，进一步提高了驾驶模拟器的真实度。

4、虚拟空间的一对虚拟摄像机的视角差不大于2°，视觉误差最小。

本发明适用于汽车、轮船、飞机模拟驾驶的考试和训练。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的结构框图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为比较器的工作原理图。

图5为本发明实施例3的结构示意图。

图6为本发明实施例3的结构框图。

图中：a1、a2、b1、b2、c1、c2为虚拟摄像机，A1、A2、B1、B2、C1、C2为投影仪，3为偏振眼镜，4为偏振器，5为模拟驾驶台，6为银幕。

具体实施方式

如图1所示的本发明具有立体视觉的驾驶模拟器实施例1，它包括一台具有驾驶仿真软件的计算机、模拟驾驶台5、投影仪；模拟器驾驶台的输出信号输入计算机，计算机通过投影仪输出图像。

所述投影仪包括至少包括一对投影仪A1、A2，各投影仪的镜头前分别设置一个偏振器4，一对投影仪中的两偏振器的偏振互相垂直；

所述计算机的驾驶仿真软件中，设置一对虚拟摄像机a1、a2，一对虚拟摄像机中两虚拟摄像机在虚拟空间中左右设置，且相对虚拟驾驶台的位置固定，该对虚拟摄像机的视角差不大于2°，保证视觉误差最小。采集到的虚拟场景图像通过计算机处理后，分别通过一对投影仪A1、A2中的两个投影仪输出，投影到同一个银幕6上。

所述驾驶模拟器还包括用于观看的偏振眼镜3，偏振眼镜的两个镜片的偏振互相垂直，且其中一个镜片的偏振方向与投影仪的一个偏振器的偏振方向一致。

如图2所示，模拟器驾驶台包括汽车模拟驾驶台，汽车模拟驾驶台上设有油门的深度传感器、档位传感器、钥匙传感器、手刹传感器、离合器传感器、脚刹状态传感器和转向盘转角传感器等；所述驾驶仿真软件为汽车驾驶仿真软件。

驾驶员在模拟器驾驶台操作，在操作中改变油门的深度传感器、档位传感器、钥匙传感器、手刹传感器、离合器传感器、脚刹状态、转向盘转角等对象，传感器将信号传输到计算机的数据接口，计算机根据动力学模型，控制虚拟重点车辆车，改变场景中的横向变化量、纵向变化量、垂直变化量、航向变化量、俯角变化量、侧滚变化量等变量。另一方面，位于驾驶室的根据驾驶员的两个眼睛的位置布设两台虚拟摄像机a1和a2，并在两个角度采集视频图像，并将视频图像输出到两台摄像机A1和A2，然后，进过相互垂直偏振器，投影到同一个银幕上，驾驶员带上与偏振片一致的偏振方向的立体偏振眼镜，观看银幕驾驶模拟器。

实施例1的驾驶模拟器系统是采用Creator建模，在VC++环境下进行基于Vega工具的二次开发来实现的。

驾驶员前方看到的虚拟环境中的视景，模拟器的行驶行为由动力学仿真模块来实现的，是驾驶模拟器的基础功能，利用Vega软件仿真实现交通环境，视景车必须按照现实的交通规则行驶，并且行驶符合现实交通环境中交通流的特性，主车作为交通环境中的一辆车，对视景中车辆的行驶同时也会产生影响，与视景中车发生交互的行为。整个仿真效果的显示由视景驱动模块来实现的。这个模块是将驾驶员操作的情况即传感器采集的到模拟量信号、数字量信息，通过动力学模型的公式换算得到主车在视景中的行驶变化，即将驾驶员的操作反映为视景中主车的行为。通过这个模块可以看到车辆行驶最终是通过改变车辆的位置坐标来实现的。

模拟系统利用车辆动力学、机构运动学、计算机技术，在电子、液压和控制等技术的支持下，从“人一车辆一道路(环境)”闭环系统的整体性能出发，对车辆的行驶过程进行全面的仿真，使驾驶员在车辆运动过程的模拟环境下，得到与在实际路面驾驶同样的感受和操作训练。硬件接口模块负责采集驾驶员的各种操作，并以统一的形式提供给运行仿真模块进行计算。根据硬件设备的不同，采集的数据来源可以是键盘、游戏方向盘、驾驶舱或者其他设备。

如图3所示的本发明实施例2，它与实施例1基本相同，只是它的计算机为两台配置相同的计算机（具有相同配置的驾驶仿真软件和硬件），两台计算机之间通过通讯接口（如串口、并口、J45等通讯接口）通讯连接；两台计算机之间通讯连接；所述两台计算机中分别设有用于对输出的视频画幅帧数进行计数的计数器和用于比较单位时间内输出视频画幅帧数的比较器，比较器的输出用于确定所在计算机的视频输出是否运行空循，以确保两个两计算机的输出视频同步。

如图4所示，通过比较器比较单位时间内计算机1输出的视频画幅帧数V1和计算机2输出的视频画幅帧数V2，如果V2大于V1，通过增加计算机2的运行空循环，降低V2输出，否则增加计算机1 的空循环，降低V1的输出，来保证两台计算机的同步运算。

如图5、6所示的本发明实施例3，它与实施例1的区别在于：它包括3对投影仪，其中A1、A2为一对，B1、B2为一对，C1、C2为一对，各对投影仪的投影相邻处相互衔接；各对投影仪镜头前的偏振器中的一个偏振器的偏振方向一致。

所述计算机的驾驶仿真软件中设置有3对虚拟摄像机，其中a1、a2为一对，b1、b2为一对，c1、c2为一对，各对虚拟摄像机的视角差不大于2°，确保视觉误差最小。各对虚拟摄像机采集到的场景图像相邻处相互衔接。

a₁、b₁、c₁与像机A₁、B₁、C₁分别构成两幅环形三维旋转的、多个投影仪之间在弧面银幕6的投影进行无缝衔接，并分别具有相同的偏振方向，同样，a₂、b₂、c₂与像机A₂、B₂、C₂构成环形三维旋转的、多个投影仪之间在弧面银幕6的投影进行无缝衔接，并具有相同的偏振方向，两组投影仪偏振方向垂直。

本发明实施例4，它与实施例1的区别在于：模拟器驾驶台包括船舶模拟驾驶台，船舶模拟驾驶台上设有航行舵角传感器和主机转速传感器，所述驾驶仿真软件为船舶驾驶仿真软件。

本发明实施例5，它与实施例1的区别在于：模拟器驾驶台包括起重机模拟驾驶台，起重机模拟驾驶台上设有行走机构传感器、旋转机构传感器、起升机构传感器和变幅机构传感器，所述驾驶仿真软件为起重机驾驶仿真软件。

本发明驾驶模拟器可包括1－5对投影仪，各对投影仪的投影相邻处相互衔接；各对投影仪的空间位置与虚拟空间中摄像机位置相同，并接受相对应的虚拟摄像的影像；各对投影仪镜头前的偏振器中的一个偏振器的偏振方向一致。

Claims (6)

1.具有立体视觉的驾驶模拟器，其特征在于：所述的驾驶模拟器包括至少一对投影仪，各投影仪的镜头前分别设置一个偏振器，一对投影仪中的两偏振器的偏振互相垂直；所述的驾驶模拟器还包括用于观看的偏振眼镜，偏振眼镜的两个镜片的偏振互相垂直，且其中一个镜片的偏振方向与投影仪的一个偏振器的偏振方向一致； 所述的驾驶模拟器包括具有驾驶仿真软件的计算机、模拟器驾驶台、投影仪，模拟器驾驶台的输出信号输入所述计算机；所述计算机的驾驶仿真软件中，至少设置一对虚拟摄像机，一对虚拟摄像机中两虚拟摄像机在虚拟空间中左右设置，且相对虚拟驾驶台的位置固定，采集到的虚拟场景图像通过计算机处理后，分别通过一对投影仪中的两个投影仪输出；

所述计算机为两台具有相同驾驶仿真软件的计算机，模拟器驾驶台的输出信号同时输入两计算机，两计算机分别通过两投影仪输出图像；

所述两台计算机的配置相同，两台计算机之间通讯连接；所述两台计算机中分别设有用于对输出的视频画幅帧数进行计数的计数器和用于比较单位时间内输出视频画幅帧数的比较器，比较器的输出用于确定所在计算机的视频输出是否运行空循。

2.如权利要求1所述的驾驶模拟器，其特征在于：它还包括1－5对投影仪，各对投影仪的投影相邻处相互衔接；各对投影仪的空间位置与虚拟空间中摄像机位置相同，并接受相对应的虚拟摄像的影像；各对投影仪镜头前的偏振器中的一个偏振器的偏振方向一致；

所述计算机的驾驶仿真软件中还设置有1－2对虚拟摄像机，各对虚拟摄像机采集到的场景图像相邻处相互衔接。

3.如权利要求1所述的驾驶模拟器，其特征在于：模拟器驾驶台包括汽车模拟驾驶台，汽车模拟驾驶台上设有油门的深度传感器、档位传感器、钥匙传感器、手刹传感器、离合器传感器、脚刹状态传感器和转向盘转角传感器；所述驾驶仿真软件为汽车驾驶仿真软件。

4.如权利要求1所述的驾驶模拟器，其特征在于：模拟器驾驶台包括船舶模拟驾驶台，船舶模拟驾驶台上设有航行舵角传感器和主机转速传感器，所述驾驶仿真软件为船舶驾驶仿真软件。

5.如权利要求1所述的驾驶模拟器，其特征在于：模拟器驾驶台包括起重机模拟驾驶台，起重机模拟驾驶台上设有行走机构传感器、旋转机构传感器、起升机构传感器和变幅机构传感器，所述驾驶仿真软件为起重机驾驶仿真软件。

6.根据权利要求1所述的驾驶模拟器，其特征在于：虚拟空间的一对虚拟摄像机的视角差不大于2°。