CN110136535A - 驾驶员考试模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种驾驶员考试模拟系统及方法；所述驾驶员考试模拟系统包括：驾驶室(1)，用于获取用户的驾驶操作数据；头戴显示设备(2)，用于获取用户的头部姿态数据；还用于通过显示屏(24)向用户显示虚拟现实世界的场景图像；主机(3)，分别与驾驶室(1)和头戴显示设备(2)通讯连接，用于根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并用于根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；还用于根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备(2)控制显示屏(24)显示虚拟现实世界中对应的场景图像。本发明的驾驶员考试模拟系统及方法设计巧妙，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实领域，尤其涉及驾驶员考试模拟系统及方法。
背景技术
虚拟现实技术以其在设计、军事、商业、游戏等领域的诸多可能应用广受各界研究者的关注，其实现原理是：将二维显示器(例如LCD显示屏)所产生的影像藉由光学系统放大，具体而言，是通过显示器所发射的光线经过凸透镜使影像因折射产生类似远方效果，同时左右眼屏幕通过左右眼透镜分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有视差的信息后在大脑中产生具有立体感的影像。在虚拟现实头盔得到量产后，许多厂商尝试将虚拟现实头盔应用到模拟驾驶中，来实现虚拟驾驶和虚拟的驾驶员考试。目前的虚拟驾驶考试系统多采用预设场景进行驾驶训练，用户在使用过程中所见到的场景无法随着用户的位置和姿态变化而发生变化，这导致场景不真实，用户沉浸度不够，难以起到提高用户驾驶水平的目的。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提出一种驾驶员考试模拟系统及方法。
本发明提出了一种驾驶员考试模拟系统，包括：
驾驶室，用于获取用户的驾驶操作数据；
头戴显示设备，用于获取用户的头部姿态数据；还用于通过显示屏向用户显示虚拟现实世界的场景图像；
主机，分别与驾驶室和头戴显示设备通讯连接，用于接收驾驶室所发送的驾驶操作数据并根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并用于接收头戴显示设备所发送的头部姿态数据并根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；还用于根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备控制显示屏显示虚拟现实世界中对应的场景图像。
本发明上述的驾驶员考试模拟系统中，头戴显示设备上设置有陀螺仪、加速度计以及MCU；MCU分别与陀螺仪、加速度计以及显示屏电性连接，并与主机通讯连接；头部姿态数据包括陀螺仪所检测的角速度数据以及加速度计所检测的加速度数据。
本发明上述的驾驶员考试模拟系统中，头戴显示设备上还设置有与MCU电性连接的眼球追踪装置，并通过眼球追踪装置获取用户的眼球运动数据；主机用于根据位置坐标、头部姿态角坐标以及眼球运动数据配合头戴显示设备控制显示屏显示对应的场景图像。
本发明还提出了一种驾驶员考试模拟方法，包括以下步骤：
步骤S1、驾驶室获取用户的驾驶操作数据；
步骤S2、头戴显示设备获取用户的头部姿态数据；
步骤S3、主机接收驾驶室所发送的驾驶操作数据并根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并接收头戴显示设备所发送的头部姿态数据并根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；再根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备控制显示屏显示虚拟现实世界中对应的场景图像。
本发明上述的驾驶员考试模拟方法中，在步骤S1之前，驾驶员考试模拟方法还包括：
步骤S0、主机获取虚拟现实世界数据，从而构建虚拟现实世界。
本发明上述的驾驶员考试模拟方法中，虚拟现实世界数据包括天气条件数据，步骤S0包括：
主机获取天气条件数据，并根据天气条件数据调用对应的路面情况和可视度情况模型以调整虚拟现实世界；
天气条件数据包括天气模式以及昼夜模式；
天气模式包括雨天模式、雪天模式、晴天模式、雾天模式以及阴天模式；昼夜模式包括白天模式和夜晚模式；
其中，当天气模式选择为雨天模式时，天气条件数据还包括降雨量数据和路面湿滑情况数据；当天气模式选择为雪天模式时，天气条件数据还包括降水量数据和路面结冰情况数据；当天气模式选择晴天模式时，天气条件数据还包括阳光光强数据和照射方向数据；当天气模式选择雾天模式时，天气条件数据还包括可见度数据；当天气模式选择阴天模式时，天气条件数据还包括可视度数据。
本发明上述的驾驶员考试模拟方法中，虚拟现实世界数据还包括训练模式数据；训练模式数据包括考试项目数据；该考试项目数据包括路考项目数据和桩考项目数据；
路考项目数据包括直线行驶模式数据、直角转弯模式数据、曲线行驶模式数据、侧方停车模式数据、倒车入库模式数据、坡道定点停车与起步模式数据、超越前方车辆模式数据、变更车道模式数据、百米加减档模式数据、灯光操作模式数据、通过十字路口模式数据、通过学校模式数据、通过公交站模式数据、通过人行横道模式数据、靠边停车模式数据。
本发明上述的驾驶员考试模拟方法中，虚拟现实世界数据还包括训练模式数据；训练模式数据包括障碍位置范围坐标数据；
在步骤S3中，当主机所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于障碍位置范围坐标数据之内时，则主机配合头戴显示设备控制显示屏显示虚拟现实世界中对应的驾驶操作错误的场景图像。
本发明上述的驾驶员考试模拟方法中，训练模式数据包括障碍数据，该障碍数据包括障碍种类数据以及所述障碍位置范围坐标数据；障碍种类数据包括路人和/或车辆和/或建筑物和/或围栏；
当主机所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于路人的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为路人被撞飞的场景图像；
当主机所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于车辆的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为车祸的场景图像；
当主机所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于建筑物或围栏的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为用户所在车辆被撞毁的场景图像。
本发明上述的驾驶员考试模拟方法中，训练模式数据还包括速度限制范围数据；驾驶操作数据还包括用户速度数据；
在步骤S3中，当主机所获得的用户速度数据处于速度限制范围数据之外时，则主机配合头戴显示设备控制显示屏显示虚拟现实世界中对应的驾驶操作错误的场景图像。
本发明的驾驶员考试模拟系统及方法通过探测用户的头部姿态角坐标，并获取用户在虚拟现实世界中的位置坐标；然后根据头部姿态角坐标和位置坐标在头戴显示设备的显示屏中显示对应的场景图像；还通过添加各种外界干扰因素以调整虚拟现实世界来加强用户对于各种天气状况和突发情况下车辆运行的掌握，有助于用户更快地掌握应对各种外界干扰因素的能力，提高通过驾驶员考试的概率。本发明的驾驶员考试模拟系统及方法设计巧妙，实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1示出了本发明优选实施例的驾驶员考试模拟系统的功能模块示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是：目前的虚拟驾驶考试系统多采用预设场景进行驾驶训练，用户在使用过程中所见到的场景无法随着用户的位置和姿态变化而发生变化，这导致场景不真实，用户沉浸度不够，难以起到提高用户驾驶水平的目的。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：构造一种驾驶员考试模拟系统及方法，探测用户的头部姿态角坐标，并获取用户在虚拟现实世界中的位置坐标；然后根据头部姿态角坐标和位置坐标在头戴显示设备的显示屏中显示对应的场景图像。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，图1示出了本发明优选实施例的驾驶员考试模拟系统的功能模块示意图。驾驶员考试模拟系统包括：
驾驶室1，用于获取用户的驾驶操作数据；
头戴显示设备2，用于获取用户的头部姿态数据；还用于通过显示屏24向用户显示虚拟现实世界的场景图像；
主机3，分别与驾驶室1和头戴显示设备2通讯连接，用于接收驾驶室1所发送的驾驶操作数据并根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并用于接收头戴显示设备2所发送的头部姿态数据并根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；还用于根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备2控制显示屏24显示虚拟现实世界中对应的场景图像。
优选地，在本实施例中，主机3分别与驾驶室1和头戴显示设备2电性连接。头戴显示设备2上还设置有陀螺仪21、加速度计22以及MCU23；MCU23分别与陀螺仪21、加速度计22以及显示屏24电性连接，并与主机3通讯连接。其中，头部姿态数据包括陀螺仪21所检测的角速度数据以及加速度计22所检测的加速度数据。MCU 23可以接收主机3传输的命令信号并对命令信号进行处理，以控制显示屏24根据用户的位置坐标和头部姿态角坐标显示与之对应的场景图像。
进一步地，在本实施例中，头戴显示设备2上还设置有与MCU23电性连接的眼球追踪装置25，并通过眼球追踪装置25获取用户的眼球运动数据；主机3用于根据位置坐标、头部姿态角坐标以及眼球运动数据配合头戴显示设备2控制显示屏24显示对应的场景图像。
进一步地，驾驶操作数据包括方向盘角度数据、油门状态数据、刹车状态数据、离合器状态数据；
进一步地，本发明还提出了一种驾驶员考试模拟方法，包括如下步骤：
步骤S1、驾驶室1获取用户的驾驶操作数据；
步骤S2、头戴显示设备2获取用户的头部姿态数据；
步骤S3、主机3接收驾驶室1所发送的驾驶操作数据并根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并接收头戴显示设备2所发送的头部姿态数据并根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；再根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备2控制显示屏24显示虚拟现实世界中对应的场景图像。
在步骤S1中，驾驶操作数据包括方向盘角度数据、油门状态数据、刹车状态数据、离合器状态数据；这些数据会通过电信号的形式被驾驶室1所获取，然后通过数模转换装置转换成数字信号，从而能够被主机3所利用。
进一步地，在步骤S1之前，驾驶员考试模拟方法还包括：
步骤S0、主机3获取虚拟现实世界数据，从而构建虚拟现实世界；
在步骤S0中，虚拟现实世界数据包括天气条件数据，于是，步骤S0包括：
主机3获取天气条件数据，并根据天气条件数据调用对应的路面情况和可视度情况模型以调整虚拟现实世界。
在这里，天气条件数据包括天气模式以及昼夜模式；天气模式包括雨天模式、雪天模式、晴天模式、雾天模式以及阴天模式；昼夜模式包括白天模式和夜晚模式；其中，当天气模式选择为雨天模式时，天气条件数据还包括降雨量数据和路面湿滑情况数据；当天气模式选择为雪天模式时，天气条件数据还包括降水量数据和路面结冰情况数据；当天气模式选择晴天模式时，天气条件数据还包括阳光光强数据和照射方向数据；当天气模式选择雾天模式时，天气条件数据还包括可见度数据；当天气模式选择阴天模式时，天气条件数据还包括可视度数据。
进一步地，在步骤S3中，主机3通过图形渲染系统并根据位置坐标以及头部姿态角坐标将实时物理仿真的状态显示在头戴显示设备2的显示屏24上；用户根据当前在显示屏24上看到的场景图像在驾驶室1中作出相应的操作，这些操作会产生驾驶操作数据，并被反馈给主机3，再由主机3经过运算后产生新的物理仿真的状态，并被渲染到显示屏24上，如此反复。
进一步地，虚拟现实世界数据还包括训练模式数据，具体地，训练模式数据包括考试项目数据；该考试项目数据包括路考项目数据和桩考项目数据；
其中，路考项目数据包括直线行驶模式数据、直角转弯模式数据、曲线行驶模式数据、侧方停车模式数据、倒车入库模式数据、坡道定点停车与起步模式数据、超越前方车辆模式数据、变更车道模式数据、百米加减档模式数据、灯光操作模式数据、通过十字路口模式数据、通过学校模式数据、通过公交站模式数据、通过人行横道模式数据、靠边停车模式数据。在这里，考试项目数据以及路考项目数据可根据各地驾驶员考试相关考点设置新的项目数据。
在现实的驾驶员考试过程中，我们经常会遇到突发事件，如其他考试车辆对我们的干扰、社会车辆和路人对考试的干扰，前方大车遮挡红绿灯等情况，我们需要对各种情况进行模拟，保证在实际考试过程中遇到上述情况时知道响应的应对措施。
因此，在本实施例中，虚拟现实世界数据还包括突发事件数据；该突发事件数据包括车辆直接干扰数据、路人干扰数据、交通灯干扰数据以及离合器熄火数据。其中，车辆直接干扰数据包括考试车辆干扰数据以及社会车辆干扰数据。在这里，考试车辆干扰数据用于模拟考试车辆行驶的情况，对考生进行干扰，如遇到无预警的超车情况，或多辆汽车排队通过曲线行驶弯道的情况。社会车辆干扰数据用于模拟社会车辆对考试的干扰，如在进行百米加减档之前设置社会车辆/自行车遮挡在虚拟车辆的前方，超越前方车辆时设置社会车辆行驶在超车道等情况。相关车辆的速度可以有不同，用户可以根据自己的判断判别是超越前方车辆再完成考试内容还是等前方车辆驶远后再完成考试内容。路人干扰数据用于模拟在进行百米加减档之前设置行人遮挡在虚拟车辆的前方等情况。交通灯干扰数据用于模拟在等红绿灯时前方大型车辆遮挡红绿灯视线的情况，前方排队等红绿灯的车辆可以是多辆，让用户学会通过大车的尾灯来判断前方红绿灯情况。离合器熄火数据用于模拟当用户操作不当导致离合器到达熄火范围时对虚拟车辆执行熄火的模拟动画，训练用户对离合器的掌握。
进一步地，训练模式数据包括障碍位置范围坐标数据；
在步骤S3中，当主机3所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于障碍位置范围坐标数据之内时，则主机3配合头戴显示设备2控制显示屏24显示虚拟现实世界中对应的驾驶操作错误的场景图像。
在这里，训练模式数据还包括障碍数据，该障碍数据包括障碍种类数据以及上述障碍位置范围坐标数据；具体地，障碍种类数据包括路人和/或车辆和/或建筑物和/或围栏等；
当主机3所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于路人的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为路人被撞飞的场景图像；
当主机3所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于车辆的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为车祸的场景图像；
当主机3所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于建筑物或围栏的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为用户所在车辆被撞毁的场景图像。
进一步地，训练模式数据还包括速度限制范围数据；驾驶操作数据还包括用户速度数据；
在步骤S3中，当主机3所获得的用户速度数据处于速度限制范围数据之外时，则主机3配合头戴显示设备2控制显示屏24显示虚拟现实世界中对应的驾驶操作错误的场景图像。
可以理解，驾驶操作错误的场景图像还可以表示脱离训练模式的场景图像或者其他表示驾驶操作错误的场景图像；障碍位置范围坐标数据可以是恒定范围数据，也可以是可变范围数据。本发明的驾驶员考试模拟系统及方法通过探测用户的头部姿态角坐标，并获取用户在虚拟现实世界中的位置坐标；然后根据头部姿态角坐标和位置坐标在头戴显示设备的显示屏中显示对应的场景图像；还通过添加各种外界干扰因素以调整虚拟现实世界来加强用户对于各种天气状况和突发情况下车辆运行的掌握，有助于用户更快地掌握应对各种外界干扰因素的能力，提高通过驾驶员考试的概率。本发明的驾驶员考试模拟系统及方法设计巧妙，实用性强。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种驾驶员考试模拟系统，其特征在于，包括：
驾驶室(1)，用于获取用户的驾驶操作数据；
头戴显示设备(2)，用于获取用户的头部姿态数据；还用于通过显示屏(24)向用户显示虚拟现实世界的场景图像；
主机(3)，分别与驾驶室(1)和头戴显示设备(2)通讯连接，用于接收驾驶室(1)所发送的驾驶操作数据并根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并用于接收头戴显示设备(2)所发送的头部姿态数据并根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；还用于根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备(2)控制显示屏(24)显示虚拟现实世界中对应的场景图像。
2.根据权利要求1所述的驾驶员考试模拟系统，其特征在于，头戴显示设备(2)上设置有陀螺仪(21)、加速度计(22)以及MCU(23)；MCU(23)分别与陀螺仪(21)、加速度计(22)以及显示屏(24)电性连接，并与主机(3)通讯连接；头部姿态数据包括陀螺仪(21)所检测的角速度数据以及加速度计(22)所检测的加速度数据。
3.根据权利要求2所述的驾驶员考试模拟系统，其特征在于，头戴显示设备(2)上还设置有与MCU(23)电性连接的眼球追踪装置(25)，并通过眼球追踪装置(25)获取用户的眼球运动数据；主机(3)用于根据位置坐标、头部姿态角坐标以及眼球运动数据配合头戴显示设备(2)控制显示屏(24)显示对应的场景图像。
4.一种驾驶员考试模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、驾驶室(1)获取用户的驾驶操作数据；
步骤S2、头戴显示设备(2)获取用户的头部姿态数据；
步骤S3、主机(3)接收驾驶室(1)所发送的驾驶操作数据并根据该驾驶操作数据计算得到用户在虚拟现实世界中的位置坐标，并接收头戴显示设备(2)所发送的头部姿态数据并根据该头部姿态数据计算得到用户的头部姿态角坐标；再根据位置坐标和头部姿态角坐标配合头戴显示设备(2)控制显示屏(24)显示虚拟现实世界中对应的场景图像。
5.根据权利要求4所述的驾驶员考试模拟方法，其特征在于，在步骤S1之前，驾驶员考试模拟方法还包括：
步骤S0、主机(3)获取虚拟现实世界数据，从而构建虚拟现实世界。
6.根据权利要求5所述的驾驶员考试模拟方法，其特征在于，虚拟现实世界数据包括天气条件数据，步骤S0包括：
主机(3)获取天气条件数据，并根据天气条件数据调用对应的路面情况和可视度情况模型以调整虚拟现实世界；
天气条件数据包括天气模式以及昼夜模式；
天气模式包括雨天模式、雪天模式、晴天模式、雾天模式以及阴天模式；昼夜模式包括白天模式和夜晚模式；
其中，当天气模式选择为雨天模式时，天气条件数据还包括降雨量数据和路面湿滑情况数据；当天气模式选择为雪天模式时，天气条件数据还包括降水量数据和路面结冰情况数据；当天气模式选择晴天模式时，天气条件数据还包括阳光光强数据和照射方向数据；当天气模式选择雾天模式时，天气条件数据还包括可见度数据；当天气模式选择阴天模式时，天气条件数据还包括可视度数据。
7.根据权利要求5-6中任意一项所述的驾驶员考试模拟方法，其特征在于，虚拟现实世界数据还包括训练模式数据；训练模式数据包括考试项目数据；该考试项目数据包括路考项目数据和桩考项目数据；
路考项目数据包括直线行驶模式数据、直角转弯模式数据、曲线行驶模式数据、侧方停车模式数据、倒车入库模式数据、坡道定点停车与起步模式数据、超越前方车辆模式数据、变更车道模式数据、百米加减档模式数据、灯光操作模式数据、通过十字路口模式数据、通过学校模式数据、通过公交站模式数据、通过人行横道模式数据、靠边停车模式数据。
8.根据权利要求5-6中任意一项所述的驾驶员考试模拟方法，其特征在于，虚拟现实世界数据还包括训练模式数据；训练模式数据包括障碍位置范围坐标数据；
在步骤S3中，当主机(3)所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于障碍位置范围坐标数据之内时，则主机(3)配合头戴显示设备(2)控制显示屏(24)显示虚拟现实世界中对应的驾驶操作错误的场景图像。
9.根据权利要求8所述的驾驶员考试模拟方法，其特征在于，训练模式数据包括障碍数据，该障碍数据包括障碍种类数据以及所述障碍位置范围坐标数据；障碍种类数据包括路人和/或车辆和/或建筑物和/或围栏；
当主机(3)所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于路人的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为路人被撞飞的场景图像；
当主机(3)所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于车辆的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为车祸的场景图像；
当主机(3)所获得的用户在虚拟现实世界中的位置坐标处于建筑物或围栏的障碍位置范围坐标数据之内时，则对应的驾驶操作错误的场景图像为用户所在车辆被撞毁的场景图像。
10.根据权利要求8所述的驾驶员考试模拟方法，其特征在于，训练模式数据还包括速度限制范围数据；驾驶操作数据还包括用户速度数据；
在步骤S3中，当主机(3)所获得的用户速度数据处于速度限制范围数据之外时，则主机(3)配合头戴显示设备(2)控制显示屏(24)显示虚拟现实世界中对应的驾驶操作错误的场景图像。
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