CN108563915A - 车辆数字化仿真测试模型构建系统及方法、计算机程序 - Google Patents

车辆数字化仿真测试模型构建系统及方法、计算机程序 Download PDF

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Abstract

本发明属于计算机软件技术领域，公开了一种车辆数字化仿真测试模型构建系统及方法、计算机程序，数据输入模块，用于输入道路的线型数据，道路线型数据检测；空间曲线生成模块，用于根据输入的道路线型数据，生成描述道路几何形状的空间曲线，保存空间曲线参数；采样点获取模块，按照预设的规则，在生成的空间曲线上间隔取点；模型生成模块，用于根据预先选定的道路断面模型、获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型；计算模块，计算出纹理数据与LRG Model的映射关系、放置基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；模型生成模块，用于生成模型。

Description

车辆数字化仿真测试模型构建系统及方法、计算机程序
技术领域
本发明属于计算机软件技术领域，尤其涉及一种车辆数字化仿真测试模型构建系统及方法、计算机程序。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：从道路设计资料或实地勘查资料中提取道路数据，并以此为基础利用3D建模软件建立视景仿真运行所需的3D场景模型。所提取的道路数据经过格式转换后，还用于车辆动力学仿真计算。对于车辆传感层仿真所需的场景模型，则因为缺乏有针对性的建模方法，通常直接采用视景仿真所使用的3D场景模型。
综上所述，现有技术存在的问题是：
1.受建模方法及建模工具的限制，3D场景模型中的道路模型通常采用人工或半自动方式生成，道路模型与动力学仿真计算使用的道路数据需要人工配准。制作难度大，制作效率低，费时费力，模型精度受建模人员水平影响大。
2.因缺乏专用于车辆传感层仿真的场景模型，而直接使用视景仿真的3D场景模型，存在模型精度低、信息冗余大、场景模型组织结构缺乏优化等问题，直接影响仿真有效性及仿真运行效率。
解决上述技术问题的难度和意义：以高度自动化的方式一次性构建具有空间一致性的三类场景模型或数据，是解决上述第一个问题的关键。这将使得缺乏建模经验的人员，也可以快速搭建出车辆数字化仿真测试所需的虚拟测试环境，大大提高了测试效率。根据激光雷达、毫米波等传感器的工作原理及特性，建立适用于车辆传感层仿真的场景模型是解决上述第二个问题的关键。这类传感层仿真用的场景模型，需要进行有效数据筛选、场景模型细化，并根据传感器的测量范围进行场景结构优化等工作。这样生成的模型，对于提升仿真测试精度、提高测试质量有很大的帮助。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车辆数字化仿真测试模型构建系统及方法、计算机程序。
本发明是这样实现的，一种车辆数字化仿真测试模型构建系统，所述车辆数字化仿真测试模型构建系统包括：
数据输入模块，用于输入道路的线型数据，道路线型数据检测；
空间曲线生成模块，用于根据输入的道路线型数据，生成描述道路几何形状的空间曲线，保存空间曲线参数；
采样点获取模块，按照预设的规则，在生成的空间曲线上间隔取点；
模型生成模块，用于根据预先选定的道路断面模型、获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型；
计算模块，根据用户输入或选择的车道定义数据、道路管理信息数据、路旁设备及设施定义及其它道路相关数据，从预设的道路纹理数据库、道路基础模型数据库中调用对应的纹理数据及道路设备、设施及常用基础模型；分别计算出纹理数据与LRG Model的映射关系、在HRG Model、LRG Model、RP Model坐标系中放置基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
模型生成模块，用于生成仿真及视觉传感仿真用的可视化3D场景模型、激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型、道路线型数据及物理仿真模型。
所述模型生成模块进一步包括：
计算单元，经过缩放、旋转的LBV Model基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的LRG Model中，保存；
第一基础模型实例生成单元，利用获得的HBG Model，生成对应的基础模型实例；
第二基础模型实例生成单元，利用获得的BP Model，生成对应的基础模型实例。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述车辆数字化仿真测试模型构建系统的车辆数字化仿真测试模型构建方法，所述车辆数字化仿真测试模型构建方法包括以下步骤：
步骤一，输入道路的线型数据，道路线型数据检测；
步骤二，生成描述道路几何形状的空间曲线，并保存空间曲线参数；
步骤三，在空间曲线上间隔取点，保留空间曲线采样点的空间坐标、超高值、切向矢量等数据；
步骤四，根据选定道路断面模型、道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的道路空间几何模型、道路线型及物理模型；
步骤五，计算出纹理数据与较低精度几何模型的映射关系、在高精度几何模型、较低精度几何模型、物理属性模型坐标系中放置这些基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
步骤六，三维空间坐标经过缩放、旋转的较低精度可视化模型基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的较低精度几何模型中，并保存；
步骤七，利用获得的高精度几何模型，生成对应的基础模型实例；
步骤八，利用获得的道路线型及物理模型，生成对应的基础模型实例。
进一步，所述步骤一输入道路的线型数据，通过数据文件输入或用人工方式输入。根据道路设计规范或用户定义的规范，对所输入道路线型数据进行合法性检测。
进一步，所述步骤三间隔取点是等间隔或不等间隔。
进一步，所述步骤四根据预先选定的道路断面模型、步骤S203获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型，包括：高、较低两种不同精度的道路空间几何模型、道路线型及物理模型。根据不同模型的误差许可阈值，确定取点间隔或是否还需要插值处理，获得曲线数据，并与断面模型配合，形成不同精度的道路空间几何模型或数据。
进一步，所述步骤五根据用户输入或选择的车道定义数据、道路管理信息数据、路旁设备及设施定义及其它道路相关数据，从预设的道路纹理数据库、道路基础模型数据库中调用对应的纹理数据及道路设备、设施及常用基础模型；分别计算出纹理数据与LRGModel的映射关系、在HRG Model、LRG Model、RP Model坐标系中放置这些基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量。预设的纹理数据库中，有表征不同材质路面、路沿、路肩以及各类标线的二维纹理数据。纹理数据库建立时，定义了每个纹理与道路属性的关联关系、纹理坐标系与三维空间坐标系统的比例关系。在对LRG Model的纹理进行自动映射时，首先根据道路模型的材质、部位属性，通过匹配纹理与路面模型的关联关系自动选择对应的纹理。如存在一对多的映射关系，可提示用户选择，或按预设的缺省进行选择。根据路面模型多边形拓扑结构、多边形顶点的世界坐标，和纹理坐标系与三维空间坐标系的比例关系，计算出每个顶点的纹理坐标，完成二维纹理映射的自动计算。
所述步骤六根据步骤五获得的纹理数据、计算出的LRG Model的纹理映射关系，为步骤S204获得LRG Model设置纹理属性。为LRG Model设置光照材质属性；利用步骤五获得的LBV Model，生成对应的基础模型实例；根据步骤五计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤五计算出的方向向量进行旋转；按步骤五计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的LBVModel基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的LRG Model中，并予以保存。
所述步骤七利用步骤五获得的HBG Model，生成对应的基础模型实例，根据步骤五计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤五计算出的方向向量进行旋转。按步骤五计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的HBG Model基础实例放置到HRG Model中，并予以保存；模型就是激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型。
所述步骤八利用步骤五获得的BP Model，生成对应的基础模型实例，根据步骤五计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤五计算出的方向向量进行旋转；按步骤五计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的BP Model基础实例放置到RPModel中，并予以保存。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述车辆数字化仿真测试模型构建方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述车辆数字化仿真测试模型构建方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的车辆数字化仿真测试模型构建方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
附图说明
图1是本发明实施例提供的车辆数字化仿真测试模型构建系统结构示意图；
图中：1、数据输入模块；2、空间曲线生成模块；3、采样点获取模块；4、模型生成模块；5、第一计算模块；6、模型生成模块。
图2是本发明实施例提供的车辆数字化仿真测试模型构建方法流程图；
图3是本发明实施例提供的车辆数字化仿真测试模型构建方法实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的车辆数字化仿真测试模型构建系统包括：
数据输入模块1，用于输入道路的线型数据，道路线型数据检测；
空间曲线生成模块2，用于根据输入的道路线型数据，生成描述道路几何形状的空间曲线，保存空间曲线参数；
采样点获取模块3，按照预设的规则，在生成的空间曲线上间隔取点；
模型生成模块4，用于根据预先选定的道路断面模型、获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型；
计算模块5，根据用户输入或选择的车道定义数据、道路管理信息数据、路旁设备及设施定义及其它道路相关数据，从预设的道路纹理数据库、道路基础模型数据库中调用对应的纹理数据及道路设备、设施及常用基础模型；分别计算出纹理数据与LRG Model的映射关系、在HRG Model、LRG Model、RP Model坐标系中放置基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
模型生成模块6，用于生成仿真及视觉传感仿真用的可视化3D场景模型、激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型、道路线型数据及物理仿真模型。
模型生成模块6进一步包括：
计算单元，经过缩放、旋转的LBV Model基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的LRG Model中，保存；
第一基础模型实例生成单元，利用获得的HBG Model，生成对应的基础模型实例；
第二基础模型实例生成单元，利用获得的BP Model，生成对应的基础模型实例。
如图2所示，本发明实施例提供的车辆数字化仿真测试模型构建方法包括以下步骤：
S201：输入道路的线型数据，道路线型数据检测；
S202：生成描述道路几何形状的空间曲线，保存空间曲线参数；
S203：在空间曲线上间隔取点，保留空间曲线采样点的空间坐标、超高值、切向矢量等数据；
S204：根据选定道路断面模型、道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的道路空间几何模型、道路线型及物理模型；
S205：计算出纹理数据与较低精度几何模型的映射关系、在高精度几何模型、较低精度几何模型、物理属性模型坐标系中放置这些基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
S206：三维空间坐标经过缩放、旋转的较低精度可视化模型基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的较低精度几何模型中，并保存；
S207：利用获得的高精度几何模型，生成对应的基础模型实例；
S208：利用获得的道路线型及物理模型，生成对应的基础模型实例。
在本发明的优选实施例中：步骤S201输入道路的线型数据，可以通过数据文件输入，也采用人工方式输入；对道路线型数据进行合法性检测，拒绝那些不符合道路特征的异常数据。
在本发明的优选实施例中：步骤S203间隔取点，可以是等间隔，也可以是不等间隔。
在本发明的优选实施例中：步骤S204根据预先选定的道路断面模型、步骤S203获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型，包括：高、较低两种不同精度的道路空间几何模型、道路线型及物理模型；高精度几何模型简称为HRG Model，将较低精度几何模型简称为LRG Model，将道路线型及物理模型简称为RP Model。
在本发明的优选实施例中：步骤S205根据用户输入或选择的车道定义数据、道路管理信息数据、路旁设备及设施定义及其它道路相关数据，从预设的道路纹理数据库、道路基础模型数据库中调用对应的纹理数据及道路设备、设施及常用基础模型。分别计算出纹理数据与LRG Model的映射关系、在HRG Model、LRG Model、RP Model坐标系中放置这些基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量。道路设备、设施及常用基础模型库中的模型分为高精度几何模型(简称为HBG Model)、较低精度可视化模型(简称为LBV Mode)、物理属性模型(简称为BP Mode)三类。其中HBG Model是精度能够满足激光雷达模拟需求的高几何复杂度的3D模型，不带有材质、纹理属性；LBV Model是满足可视化需求的较低几何复杂度的3D模型，带有材质、纹理属性，BP Model是满足物理仿真需求的3D模型，其中所描述的对象带有物理属性。
在本发明的优选实施例中：步骤S206根据步骤S205获得的纹理数据、计算出的LRGModel的纹理映射关系，为步骤S204获得LRG Model设置纹理属性。为LRG Model设置光照材质属性。利用步骤S205获得的LBV Model，生成对应的基础模型实例。根据步骤S205计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤S205计算出的方向向量进行旋转。按步骤S205计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的LBV Model基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的LRG Model中，并予以保存。该模型就是视景仿真及视觉传感仿真用的可视化3D场景模型。
在本发明的优选实施例中：步骤S207利用步骤S205获得的HBG Model，生成对应的基础模型实例。根据步骤S205计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤S205计算出的方向向量进行旋转。按步骤S205计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的HBG Model基础实例放置到HRGModel中，并予以保存。模型就是激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型。
在本发明的优选实施例中：步骤S208利用步骤S205获得的BP Model，生成对应的基础模型实例。根据步骤S205计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤S205计算出的方向向量进行旋转。按步骤S205计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的BP Model基础实例放置到RP Model中，并予以保存。该模型包含了道路线型等数据，也包括了描述对象物理属性的3D模型，与步骤S206生成的视景仿真及视觉传感仿真用的可视化3D场景模型、与步骤S207生成的激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型具有同样的坐标系，且三类模型中所表达的道路及道路相关实体均具有一一映射关系。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆数字化仿真测试模型构建系统，其特征在于，所述车辆数字化仿真测试模型构建系统包括：
数据输入模块，用于输入道路的线型数据，道路线型数据检测；
空间曲线生成模块，用于根据输入的道路线型数据，生成描述道路几何形状的空间曲线，保存空间曲线参数；
采样点获取模块，按照预设的规则，在生成的空间曲线上间隔取点；
模型生成模块，用于根据预先选定的道路断面模型、获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型；
计算模块，根据用户输入或选择的车道定义数据、道路管理信息数据、路旁设备及设施定义及其它道路相关数据，从预设的道路纹理数据库、道路基础模型数据库中调用对应的纹理数据及道路设备、设施及常用基础模型；分别计算出纹理数据与LRG Model的映射关系、在HRG Model、LRG Model、RP Model坐标系中放置基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
模型生成模块，用于生成仿真及视觉传感仿真用的可视化3D场景模型、激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型、道路线型数据及物理仿真模型。
2.如权利要求1所述的车辆数字化仿真测试模型构建系统，其特征在于，所述模型生成模块进一步包括：
计算单元，经过缩放、旋转的LBV Model基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的LRG Model中，保存；
第一基础模型实例生成单元，利用获得的HBG Model，生成对应的基础模型实例；
第二基础模型实例生成单元，利用获得的BP Model，生成对应的基础模型实例。
3.一种应用权利要求1所述车辆数字化仿真测试模型构建系统的车辆数字化仿真测试模型构建方法，其特征在于，所述车辆数字化仿真测试模型构建方法包括以下步骤：
步骤一，输入道路的线型数据，道路线型数据检测；
步骤二，生成描述道路几何形状的空间曲线，保存空间曲线参数；
步骤三，在空间曲线上间隔取点，保留空间曲线采样点的空间坐标、超高值、切向矢量等数据；
步骤四，根据选定道路断面模型、道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的道路空间几何模型、道路线型及物理模型；
步骤五，计算出纹理数据与较低精度几何模型的映射关系、在高精度几何模型、较低精度几何模型、物理属性模型坐标系中放置这些基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
步骤六，三维空间坐标经过缩放、旋转的较低精度可视化模型基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的较低精度几何模型中，并保存；
步骤七，利用获得的高精度几何模型，生成对应的基础模型实例；
步骤八，利用获得的道路线型及物理模型，生成对应的基础模型实例。
4.如权利要求3所述的车辆数字化仿真测试模型构建方法，其特征在于，所述步骤一输入道路的线型数据，通过数据文件输入或用人工方式输入。
5.如权利要求3所述的车辆数字化仿真测试模型构建方法，其特征在于，所述步骤二间隔取点是等间隔或不等间隔。
6.如权利要求3所述的车辆数字化仿真测试模型构建方法，其特征在于，所述步骤四根据预先选定的道路断面模型、步骤三获得的道路数据，拉伸形成具有相同坐标系统的三类模型，包括：高、较低两种不同精度的道路空间几何模型、道路线型及物理模型。
7.如权利要求3所述的车辆数字化仿真测试模型构建方法，其特征在于，所述步骤五根据用户输入或选择的车道定义数据、道路管理信息数据、路旁设备及设施定义及其它道路相关数据，从预设的道路纹理数据库、道路基础模型数据库中调用对应的纹理数据及道路设备、设施及常用基础模型；分别计算出纹理数据与LRG Model的映射关系、在HRG Model、LRG Model、RP Model坐标系中放置这些基础模型实例的比例关系、三维空间坐标及方向向量；
所述步骤六根据步骤五获得的纹理数据、计算出的LRG Model的纹理映射关系，为步骤四获得LRG Model设置纹理属性；为LRG Model设置光照材质属性；利用步骤五获得的LBVModel，生成对应的基础模型实例；根据步骤五计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤五计算出的方向向量进行旋转；按步骤五计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的LBV Model基础实例放置到已经设置好纹理和材质属性的LRG Model中，并予以保存；
所述步骤七利用步骤五获得的HBG Model，生成对应的基础模型实例，根据步骤五计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤五计算出的方向向量进行旋转；按步骤五计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的HBG Model基础实例放置到HRGModel中，并予以保存；模型就是激光雷达仿真用的高逼真度3D场景模型；
所述步骤八利用步骤五获得的BP Model，生成对应的基础模型实例，根据步骤五计算出的放置基础模型实例的比例关系进行缩放；根据步骤五计算出的方向向量进行旋转；按步骤五计算出的三维空间坐标将这些经过缩放、旋转的BP Model基础实例放置到RP Model中，并予以保存。
8.一种实现权利要求3～7任意一项所述车辆数字化仿真测试模型构建方法的计算机程序。
9.一种实现权利要求3～7任意一项所述车辆数字化仿真测试模型构建方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求3-7任意一项所述的车辆数字化仿真测试模型构建方法。
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