CN105046731A

CN105046731A - 事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法

Info

Publication number: CN105046731A
Application number: CN201510359863.2A
Authority: CN
Inventors: 朱虹; 吴向荣; 陈丹; 刘媛媛; 卫永波
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: CN105046731B

Abstract

本发明公开了一种事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，步骤包括：步骤1、构建三维模型库；步骤2、收集事故现场相关数据；步骤3、构建场景；步骤4、增强事故场景的现实效果；步骤5、再现事故现场；步骤6、多视角转换，利用不同视角重现事故现场，即成。本发明的方法，实现了对车祸现场的再现还原，并在三维场景中进行全方位视角分析，使得用户能够客观公正的分析事故原因，认定事故责任，对提高交通安全意识具有积极的意义。

Description

事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法

技术领域

本发明属于虚拟制图技术领域，涉及一种事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法。

背景技术

在事故现场双方车辆没有安装车载摄像头或摄像头发生故障、事故地点没有安装摄像头或摄像头发生故障、没有现场目击人的情况下，事故现场无法采集到完整车祸过程的监控视频，此时，对事故双方责任的判案就主要依靠人眼判断、手工绘图，使得交通事故责任认定缺乏系统化、完整化、形象化的证据链。

发明内容

本发明的目的是提供一种事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，解决了现有技术中，事故现场无法采集到完整车祸过程的监控视频，此时，对事故双方责任的判案就主要依靠人工方式经验推断，使得交通事故责任认定缺乏系统化、完整化、形象化的证据链的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，按照以下步骤实施：

步骤1、构建三维模型库；

步骤2、收集事故现场相关数据；

步骤3、构建场景；

步骤4、增强事故场景的现实效果；

步骤5、再现事故现场；

步骤6、多视角转换，利用不同视角重现事故现场，即成。

本发明的有益效果是，实现了对车祸现场的再现还原，并在三维场景中进行全方位视角分析，使得用户能够客观公正的分析事故原因，认定事故责任，对提高交通安全意识具有积极的意义。

附图说明

图1是本发明方法中的三维建模流程图；

图2是本发明方法中的轮廓构图；

图3是本发明方法中的模型贴图；

图4是本发明方法中优化后的模型图；

图5是本发明方法构建的初始场景图；

图6是本发明方法道路描点图；

图7是本发明方法生成路面图；

图8是本发明方法模型实际参数设置后的展现图；

图9是本发明方法火焰效果图；

图10是本发明方法雾天效果图；

图11是本发明方法运动轨迹图；

图12是本发明方法最终虚拟的高空电子警察视角的车祸再现场景；

图13是本发明方法最终虚拟的路边目击证人视角的车祸再现场景；

图14是本发明方法最终虚拟的红色轿车司机视角的车祸再现场景；

图15是本发明方法最终虚拟的开远光灯司机视角的车祸再现场景。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的方法，按照以下步骤实施：

步骤1、构建三维模型库

具体制作流程，见图1的三维建模流程图。

1.1)开始前需要就建模所需的数据进行预处理，二维矢量数据是三维建模的依据，绘制出三维模型的三视图，导入Dmax软件，见图2显示的轮廓构图；

1.2)添加一个可编辑的正方体，参照二维视图对该正方体进行适当的拉伸、裁剪、挤压操作，初步构建三维模型；

1.3)对于模型贴图，借助数据预处理阶段制作的局部贴图，在3DMAX的“材质编辑器”中实现，如图3所示。

使用“材质编辑器”，利用贴图实现物体表面的光泽、质感、明暗等效果的模拟，使模型的表现效果更加贴近真实。值得注意的是贴图需要在模型不同的面上匹配正确的贴图坐标和尺寸，才能正确的展现出真实的模拟效果。在3DMAX中，采用“UVW编辑修改器”进行贴图的坐标管理，“UVW”指的是贴图坐标系，它不同于建模场景中的XYZ空间坐标系，它将模型的各个面的坐标拆分出来，让这些面展成平面，再将每个面附上具有空间方位的准确贴图。

1.4)模型面数优化，面是3DMAX模型的基本构成单位，在满足模型虚拟表现的前提下，减少建模所采用面的数量。

面的优化：通过四种途径实现，即采用简模搭建三维模型；删除模型构成内看不见的面；删除物体之间相交的面，通过物体间的合并操作快速方便的实现；建筑外观细节的取舍。

贴图优化：贴图的大小和贴图的数量必须从优化的角度进行处理。首先要把握好贴图的数据量，贴图的大小最好控制在256K以内，其次是尽可能选取局部的特征作为贴图。

通过UVW对该贴图的设置，完全能模拟出3D车辆的效果，如图4所示，为优化后的模型。

步骤2、收集事故现场相关数据

对事故现场相关信息进行采集，如搜集地面车辆划过的痕迹长度和所在位置，以及周边道路及环境情况的数据，

对于现阶段处理问题考虑因素关系：y＝f(m_a，m_bμ，s_a，s_b)，

其中，m_a，m_b代表事故双方车辆质量，μ代表事故路面的摩擦系数，s_a，s_b代表事故双方车辆刹车痕迹的长度。

步骤3、构建场景

在unity3D软件中创建道路及周边环境，导入所需模型创建虚拟事故场景，添加对应的物理属性及相关组件，设置各个模型的实际属性参数，

3.1)生成初始场景，利用unity3d软件创建一块地面Terrain，把该块地面TErrian放在虚拟三维场景坐标为(0，0，0)处，大小选用默认的长宽高1千米；

利用unity3d软件自带的资源库，对于地面组件进行编辑：包括山地、地面贴图、小草(属性：细节贴图～Grase2；Width[1，2]；Height[1，2]；NoiseSpread噪波范围～0.1)、树木(属性：TreeDensity树木密度～83；TreeHeight～100；TreeWidth～100)，如图5所示，生成初始场景；

3.2)生成道路，利用unity3d中的插件EasyRoad3D，通过多点描出道路大体走向，如图6所示的道路描点；然后生成道路效果图，见图7，图7中的摄像头位置与图6不同导致角度不同，设置道路数据(属性：Roadwidth～1000；Roadindent路面凹痕～5.524272；Surrounding环境～15)；

3.3)导入车辆，添加物理组件rightbody(属性：Mass～6；Drag～2；UseGravity勾选)，设定参数如车身质量、引力、产生的摩擦阻力；添加碰撞组件meshCollider，进行碰撞检测；添加受力组件ConstantForce(如属性：Fore(100，0，400))模拟车辆动力，见图8，是模型实际参数设置后的场景展现效果图。

步骤4、增强事故场景的现实效果

利用Unity3D特有的粒子系统技术对事故场景的环境效果进行三维渲染，使事故场景虚实融合更加真实。

4.1)添加火焰粒子

在一个空物体上添加组件ParticleSystem(如表1ParticleSystem参数设置)及RendererModule渲染器模块，见图9，为火焰效果图，

表1ParticleSystem参数设置

；

4.2)添加天空材质及气候状态，

气候包括大雾、雨天等状况，在设置过程中，对于关键参数的作用见表2中的RenderSettings参数设置，见图10，为制作的雾天效果，

表2，RenderSettings的参数设置

。

步骤5、再现事故现场

利用Csharp脚本编写程序模拟车辆的轨迹运动、碰撞检测三维动画，再现事故现场。

5.1)轨迹运动

新建一个空物体命名为Root，作为路径的根节点；然后新建四个新的空物体，把它们作为Root的子物体，这四个物体用于控制物体移动的路径点；在小车上添加脚本SplineController应用曲线样条插值算法，脚本参数参照表3SplineController参数设置；

SplineRoot：曲线根节点，在此设置为Root物体，当把Root物体赋上之后，场景中会自动产生一个封闭的圆形路径，路径形状通过调节创建的四个空物体的位置控制，取消AutoClose的勾选，这样就能够随意调节四个物体的位置，调节出想要的路径；

点击运行，小车自动沿着设置的路径移动，Duration参数用于控制物体移动整个路径需要的时间，或理解为修改物体移动的速度，见图11，是得到的运动轨迹效果，

表3，SplineController参数设置

；

5.2)碰撞检测

给车辆添加C#组件，判断当与贴标签“zalan”的物体相撞时，车辆的SourceAudio组件播放碰撞声，在碰撞点显示火焰效果，并且关闭ConstantForce组件，

创建C#组件，编写代码函数如下：

步骤6、多视角转换，利用不同视角重现事故现场，即成，

在场景中定位多个摄像头位置，用于虚拟电子警察、目击证人、事故双方驾驶员，以便从不同视角重现事故现场。

6.1)设置摄像机的参数：

Projection投影：切换相机的能力，以模拟透视；

Fieldofview视野：相机的视野，沿着本地Y轴测量以度为单位；

6.2)设置摄像机所处不同位置的场景坐标、视野方向、距地面高度等参数(如Position(0.3，0.5，0.85))在车辆上加载摄像机，对摄像机来说是以车模型重心为position(0，0，0)，rotation(0，0，0)参考坐标，

如驾驶员视角，z轴向上0.85m代表其距重心高度，分析在司机车座正前方0.4m处；而视野方向rotation(90，0，0)，视野为88；对于转弯路口参数如Position(422，65.4，1015)，Rotation(46，127，0)；

6.3)对于切换摄像头则采用uGUI的按钮功能，控制不同摄像机的关闭与打开：

Maincamera.gameObject.SetActive(false)；

button_b_camera.gameObject.SetActive(true)。

见图12、图13、图14、图15，为最终虚拟得到的不同视角(依次为高空电子警察视角，路边目击证人视角，红色轿车司机视角，开远光灯司机视角)下看到的事故场景效果图，从高空视角看到两辆车相撞，路边目击证人观看两车相撞全过程，在红色轿车中看到对面车辆会车时开远光灯致盲，在开远光灯司机视角中他还没意识到会车转近光的要求，可能是缺乏交通知识。由此实现在多关注视角下更好的分析事故现场。

Claims

1.一种事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1、构建三维模型库；

步骤2、收集事故现场相关数据；

步骤3、构建场景；

步骤4、增强事故场景的现实效果；

步骤5、再现事故现场；

步骤6、多视角转换，利用不同视角重现事故现场，即成。

2.根据权利要求1所述的事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于：所述的步骤1中，具体制作流程是，

1.1)开始前需要就建模所需的数据进行预处理，二维矢量数据是三维建模的依据，绘制出三维模型的三视图，导入Dmax软件，得到轮廓构图；

1.3)对于模型贴图，借助数据预处理阶段制作的局部贴图，在3DMAX的“材质编辑器”中实现；

1.4)模型面数优化，面是3DMAX模型的基本构成单位，在满足模型虚拟表现的前提下，减少建模所采用面的数量，得到优化后的模型。

3.根据权利要求1所述的事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于：所述的步骤2中，

对于现阶段处理问题考虑因素关系：y＝f(m_a，m_b，μ，s_a，s_b)，

4.根据权利要求1所述的事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于：所述的步骤3中，

3.1)生成初始场景，利用unity3d软件创建一块地面Terrain，把该块地面放在虚拟三维场景坐标为(0，0，0)处，大小选用默认的长宽高1千米；

利用unity3d软件自带的资源库，对于地面组件进行编辑：包括山地、地面贴图、小草、树木，生成初始场景；

3.2)生成道路，利用unity3d中的插件EasyRoad3D，通过多点描出道路大体走向，生成道路效果图，设置道路数据；

3.3)导入车辆，添加物理组件rightbody，设定参数如车身质量、引力、产生的摩擦阻力；添加碰撞组件meshCollider，进行碰撞检测；添加受力组件ConstantForce模拟车辆动力，得到模型实际参数设置后的场景展现效果图。

5.根据权利要求1所述的事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于：所述的步骤4中，利用Unity3D特有的粒子系统技术对事故场景的环境效果进行三维渲染，使事故场景虚实融合更加真实，

4.1)添加火焰粒子

在一个空物体上添加组件ParticleSystem，如表1ParticleSystem参数设置，及RendererModule渲染器模块，

表1ParticleSystem参数设置

4.2)添加天空材质及气候状态，

气候包括大雾、雨天状况，在设置过程中，对于关键参数的作用见表2中的RenderSettings参数设置，

表2，RenderSettings的参数设置

6.根据权利要求1所述的事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于：所述的步骤5中，

利用Csharp脚本编写程序模拟车辆的轨迹运动、碰撞检测三维动画，再现事故现场，

5.1)轨迹运动

新建一个空物体命名为Root，作为路径的根节点；然后新建四个新的空物体，把它们作为Root的子物体，这四个物体用于控制物体移动的路径点；在小车上添加脚本SplineController应用曲线样条插值算法，脚本参数参照表3的SplineController参数设置；

点击运行，小车自动沿着设置的路径移动，Duration参数用于控制物体移动整个路径需要的时间，或理解为修改物体移动的速度，得到运动轨迹效果，

表3，SplineController参数设置

5.2)碰撞检测

创建C#组件，编写代码。

7.根据权利要求1所述的事故现场虚拟多关注视角转换的三维动态再现方法，其特征在于：所述的步骤6中，

在场景中定位多个摄像头位置，用于虚拟电子警察、目击证人、事故双方驾驶员，以便从不同视角重现事故现场；

6.1)设置摄像机的参数：

Projection投影：切换相机的能力，以模拟透视；

Fieldofview视野：相机的视野，沿着本地Y轴测量以度为单位；

6.2)设置摄像机所处不同位置的场景坐标、视野方向、距地面高度参数；

6.3)对于切换摄像头则采用uGUI的按钮功能，控制不同摄像机的关闭与打开。