CN112433610A - 基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置，该方法包括以下步骤：目标用户穿戴虚拟现实设备和传感器；将开发车型的CAS数据和穿戴的传感器位置导入到虚拟现实设备中，在虚拟场景中生成上下车的空间边界，并显示传感器的位置；目标用户进行上下车动作，传感器采集目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹；目标用户对上下车方便性进行多次评价；选取5个舒适度评分均超过预设阈值的运动轨迹，从中选取至少一条运动轨迹并进行拟合；判断拟合运动轨迹是否与CAS数据生成的空间边界干涉；若否，则CAS数据满足设计要求；若是，则根据干涉点对CAS数据进行调整，并重复上述步骤直至CAS数据满足设计要求。由此，完成CAS数据的设计。

Description

基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置

技术领域

本发明属于汽车设计技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置。

背景技术

CAS数据(Concept A Surface)，即汽车初步造型面。在汽车造型A面发布之前，用于初步展示汽车内、外部造型的数字模型称为CAS面。CAS面主要是用于造型可研阶段进行法规要求、造型、工程、的校核以及小比例油泥模型的制作。白车身指车身结构件及覆盖件焊接总成，包括前翼板、车门、发动机罩、行李箱盖，但不包括附件及装饰件的未涂漆的车身。

上下车方便性是汽车人机工程的重要内容，上下车也是用户每次用车时的必需动作。一辆汽车上下车方便性的设计好坏直接影响到用户的使用感受，所以，满足绝大多数用户的上下车方便性是汽车设计的必达目标。

目前的汽车上下车方便性，在设计阶段主要依据上下车方便性的指标分解及竞品对标。但每辆车的边界条件不一样，不可能完全照搬其它车型的设计，而且每个人的身材、动作习惯都不一样，需求也会有一定的差异。此外，在产品的设计阶段，开发车型的设计边界不可能完全等同于竞品车，所以很难通过设计阶段的竞品对标就能做出用户真正满意的产品。

在产品的实车阶段，基于实车对上下车方便性进行验证和评估，即使发现问题，由于巨大的成本和时间投入，也不太可能重新开模更改设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置，解决如何设计出满足目标用户舒适度要求的上下车边界的问题。

本发明提供一种基于虚拟现实的上下车方便性评价方法，包括以下步骤：

目标用户穿戴虚拟现实设备，脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部均穿戴传感器；

将开发车型的CAS数据和穿戴的传感器位置导入到虚拟现实设备中，在虚拟场景中生成上下车的空间边界，并显示传感器的位置；

目标用户进行上下车动作，传感器采集目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹；

目标用户对上下车方便性进行多次评价，包括脚部移动舒适度、膝盖移动舒适度、伸腿着地舒适度、低头舒适度和腰部舒适度；

选取5个舒适度评分均超过预设阈值的运动轨迹，从中选取至少一条运动轨迹并进行拟合，得到具有代表性的拟合运动轨迹；

判断拟合运动轨迹是否与CAS数据生成的空间边界干涉；若否，则CAS数据满足设计要求；若是，则根据干涉点对CAS数据进行调整，并重复上述步骤直至CAS数据满足设计要求。

进一步地，CAS数据的调整方法为：

若脚尖与门护板干涉，则调整CAS数据的门护板边界；

若膝盖与转向护罩干涉，则调整CAS数据的转向护罩边界；

若小腿与门槛干涉，则调整CAS数据的门槛边界；

若头部与门洞干涉，则调整CAS数据的门洞边界；

若腰部与B柱干涉，则调整CAS数据的B柱边界。

进一步地，上下车动作依次包括以下步骤：一腿部外移、另一腿部外移、小腿着地、头部外移、上半身外移。

进一步地，目标用户包括不同身高的用户，具体包括：身高小于160cm的较矮用户、身高位于160-175cm的中等身材用户和身高大于175cm的较高用户。

进一步地，目标用户进行上下车动作时，若运动轨迹与CAS数据生成的空间边界干涉，则虚拟现实设备进行声音提醒，或通过传感器变红或变亮进行提醒。

本发明还提供一种用于实现上述基于虚拟现实的上下车方便性评价方法的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，该装置包括：实物座椅、中央处理单元、虚拟现实设备和传感器；

中央处理单元用于对开发车型的CAS数据进行处理，得到车型CAS图像画面并传递给虚拟现实设备；虚拟现实设备用于识别目标用户的眼点及其空间坐标，进而在目标用户的视角里实时显示虚拟场景；传感器用于获取目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹。

进一步地，传感器为惯性传感器，与中央处理单元连接，将运动信息传递给中央处理单元。

进一步地，该装置还包括摄像头，摄像头与中央处理单元连接；传感器为光学传感器，摄像头实时采集光学传感器的图像并传递给中央处理单元，中央处理单元对图像进行处理得到运动轨迹。

进一步地，当光学传感器被遮挡，摄像头无法获取光学传感器的图像时，中央处理单元根据光学传感器的前、后运动轨迹确定被遮挡时的运动轨迹。

进一步地，该装置还包括显示屏，用于显示目标用户的视角场景。

本发明的有益效果为：本发明的基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置，通过在设计阶段利用虚拟现实技术，模拟目标用户上下车，进而获取目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹；通过舒适度评价和运动轨迹拟合获得具有代表性的拟合运动轨迹，进而判断拟合运动轨迹是否与CAS数据生成的空间边界干涉，若是，则根据干涉点对CAS数据进行调整，直至CAS数据满足设计要求。

附图说明

图1是本发明中基于虚拟现实的上下车方便性评价方法的流程图。

图2a、图2b和图2c是本发明中上下车动作分解示意图。

图3是本发明中基于虚拟现实的上下车方便性评价装置的示意图。

图4是本发明中小腿与门槛干涉示意图；

图5是本发明中头部与门洞干涉示意图；

图6是本发明中腰部与B柱干涉示意图。

图中，1-实物座椅，2-目标用户，3-中央处理单元，4-虚拟现实头盔，5-传感器，6-摄像头，7-显示屏，8-脚尖传感器，9-膝盖传感器，10-小腿传感器，11-头顶传感器，12-腰部传感器，13-小腿干涉点，141-断面宽度，142-断面高度，15-头部干涉点，161-门洞宽度，162-门洞高度，17-腰部干涉点，18-B柱宽度，19-后排R点至B柱水平距离。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

本发明公开了一种基于虚拟现实的上下车方便性评价方法及装置。在车型设计阶段，通过生成不同的上下车方便性的设计方案的虚拟仿真场景，即上下车的空间边界，如门槛、门洞等。通过用户穿戴的传感器采集用户上下车的运动轨迹；从而进一步地，依据用户对上下车方便性的主观感受，以及运动轨迹与上下车的虚拟空间边界是否干涉，来综合判断上下车的空间边界设计是否合理。若不合理，可迭代修正，直至达成用户最满意的设计状态。

本发明实施例的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，如图3所示，包括实物座椅1、中央处理单元3、虚拟现实设备和传感器5。

首先，将开发车型的CAS数据导入到中央处理单元3，中央处理单元3对CAS数据进行处理后，得到车型CAS图像画面，并将车型CAS图像画面传递给虚拟现实设备，例如虚拟现实头盔4。

然后，虚拟现实头盔4识别目标用户2的眼点，并确定眼点在车辆中的空间坐标，进而形成模拟人眼的圆锥形视角范围，该视角范围会随着目标用户2头部上下及左右角度的改变而实时更新，从而在虚拟现实头盔1中模拟出与真实人眼视觉相同的视野范围，即，在虚拟现实头盔1中以目标用户2的视角实时显示虚拟场景。

之后，目标用户2进行上下车动作，传感器5获取目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹。

当穿戴的传感器5为光学传感器时，摄像头6实时采集各个传感器的图片/视频，将采集的图片/视频导入中央处理单元3中，中央处理单元3对采集的图片/视频进行处理，得到传感器的实时位置数据，进而得到传感器的运动轨迹，在虚拟现实头盔4中显示各个传感器的运动轨迹。考虑到用户上下车的动作可能会挡住光学传感器，导致摄像头6无法获取到光学传感器的图片/视频，在相应的一小段时间Δt内，将无法确定传感器的位置/轨迹。此时，可通过Δt前一时刻以及Δt后一时刻所获取的传感器的位置数据，或者，根据Δt之前的运动轨迹和Δt之后的运动轨迹，确定出传感器在Δt时的位置/轨迹。

当穿戴传感器5为惯性传感器时，可去掉摄像头6，惯性传感器直接将运动信息(如速度、加速度等)转化为电信号，发送给中央处理单元3，由中央处理单元3确定出惯性传感器位置变化的轨迹。

以上，实现了以目标用户2为第一视角的动态虚拟视觉场景，该视觉场景包括前述圆锥形视野范围中的车型CAS图像画面和穿戴的传感器的运动轨迹；此外，中央处理单元3还可将目标用户2的第一视角场景输出到显示屏7上，供第三视角人员观看。

图2a、图2b和图2c是上下车动作分解示意图。上下车动作依次包括以下步骤：一腿部外移、另一腿部外移、小腿着地、头部外移、上半身外移。以汽车左侧下车为例，下车过程分为五步：第一步，左腿外移，关注脚尖传感器8的运动轨迹是否与门护板和立柱干涉；第二步，接着右腿外移，关注右膝盖传感器9是否与转向管柱下护罩干涉；第三步，小腿着地，关注小腿传感器10是否与门槛干涉；第四步，接着头部外移，关注头顶传感器11是否与门洞干涉；第五步，上半身外移，关注腰部传感器12是否与门洞干涉。从右侧下车，则传感器位置相反。

目标用户在进行上下车方便性的主观评价时，对上下车的舒适度分别从脚部移动方便性、膝盖移动方便性、低头舒适度、伸腿着地的舒适度、腰部舒适度五个维度进行评分，如表1所示。将用户分为较矮用户(身高小于160cm)、中等身材用户(身高160～175cm)以及较高用户(身高大于175cm)；评分定义为5分制，从1分至5分分别代表很差、较差、一般、较好及很好；权重分配主要考虑中等身材用户，同时结合用户关注度进行较矮和较高用户的权重分配；以脚部挪动方便性为例，其计算公式为0.3*A1(较矮用户)+0.5*B1(中等身材用户)+0.2*C1(较高用户)；评分需至少达成3分(舒适度阈值)，才认为满足设计的基本要求。此外，不同身高群体对应的权重系数可根据具体车型开发的需求适应性调整。

表1上下车方便性评价表

请参阅图1，图1介绍了基于虚拟现实的上下车方便性评价方法的流程。

首先，根据车型选择对应的目标用户作为评价用户，进行上下车方便性的评价工作，目标用户包括不同身高、不同性别的人群。

然后，评价用户穿戴前文所述的虚拟现实头盔以及各个传感器。中央处理单元根据导入的车型CAS数据在虚拟现实头盔中生成前述的基于评价用户视角的虚拟场景，并在该虚拟场景中实时显示各个传感器的运动轨迹，同时记录传感器的运动轨迹。

之后，评价用户基于上述虚拟场景，从5个维度对完整过程的上下车的舒适度进行评分，5个维度包括脚部移动方便性、膝盖移动方便性、低头舒适度、伸腿着地的舒适度、腰部舒适度。需说明的是，因为评价用户可以通过虚拟现实头盔看到各个传感器的运动轨迹，而传感器的运动轨迹代表评价用户自身的运动轨迹，所以评价用户会尽量不触碰CAS数据形成的边界线(上下车的虚拟空间边界)。当中央处理单元检测到传感器的运动轨迹与CAS数据形成的边界线干涉时，即评价用户触碰到上下车的虚拟空间边界时，中央处理单元可以控制虚拟现实头盔中的传感器变红变亮/进行声音提醒。不同的评价用户会多次上下车，在每次上下车后对舒适度进行评分。选取评价用户的高于舒适度阈值的评分所对应的一条或者多条传感器的运动轨迹，对一条或者多条传感器的运动轨迹拟合，以得到最具代表性的评价用户的上下车运动轨迹。

中央处理单元将上述上下车运动轨迹与CAS数据形成的边界线进行对比，并在虚拟场景中显示出具体的间隙值(上下车运动轨迹上某一点与CAS数据形成的边界的距离)或干涉值(上下车运动轨迹与CAS数据形成的边界相交的点)。如有间隙，则上下车运动轨迹的颜色在虚拟场景中为绿色，如有干涉，则上下车运动轨迹的颜色在虚拟场景中变为红色，并发出提示音，提示CAS数据可能不满足设计要求。

具代表性的评价用户的上下车运动轨迹与CAS数据形成的边界线无干涉，则CAS数据满足设计要求，无需更改。如上下车过程有干涉或上下车舒适度评分总是低于舒适度阈值，则CAS数据不满足设计要求，需根据上述最具代表性的评价用户的上下车运动轨迹对CAS数据针对性地进行调整。

具体的调整步骤如下：

若脚尖与门护板干涉，则根据门护板干涉点与CAS数据的干涉量来修改门护板的CAS边界；

若膝盖与转向护罩干涉，则根据膝盖干涉点与CAS数据的干涉量来修改转向管柱护罩的CAS边界，并保证内部布置可行；

若小腿与门槛干涉，则根据图4中的小腿干涉点13与CAS数据的干涉量来修改门槛的CAS边界，即减小门槛断面宽度141或高度142，同时保证截面面积大小基本不变，从而同时达成上下车方便性和白车身的性能要求。

若头部与门洞干涉，则根据图5中的头部干涉点15与CAS数据的干涉量来修改门洞的CAS边界，即减小门洞断面宽度161或高度162，同时保证截面面积大小基本不变，从而同时达成上下车方便性和白车身的性能要求。

若腰部与B柱干涉，则根据图6中的腰部干涉点17与CAS数据的干涉量来优化及调节B柱，即优化B柱宽度18及后排R点至B柱的水平距离19，从而同时达成上下车方便性和白车身的性能要求。

最后，不同的目标用户分别重复上述测试过程，直至既能满足所有目标用户上下车时的舒适度要求，也能保证传感器运动轨迹与CAS数据形成的边界不干涉，即达成最优的上下车方便性的边界设计。

本领域的技术人员容易理解，以上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)

1.一种基于虚拟现实的上下车方便性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

目标用户穿戴虚拟现实设备，脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部均穿戴传感器；

将开发车型的CAS数据和穿戴的传感器位置导入到虚拟现实设备中，在虚拟场景中生成上下车的空间边界，并显示传感器的位置；

目标用户进行上下车动作，传感器采集目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹；

目标用户对上下车方便性进行多次评价，包括脚部移动舒适度、膝盖移动舒适度、伸腿着地舒适度、低头舒适度和腰部舒适度；

选取5个舒适度评分均超过预设阈值的运动轨迹，从中选取至少一条运动轨迹并进行拟合，得到具有代表性的拟合运动轨迹；

判断拟合运动轨迹是否与CAS数据生成的空间边界干涉；若否，则CAS数据满足设计要求；若是，则根据干涉点对CAS数据进行调整，并重复上述步骤直至CAS数据满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价方法，其特征在于，CAS数据的调整方法为：

若脚尖与门护板干涉，则调整CAS数据的门护板边界；

若膝盖与转向护罩干涉，则调整CAS数据的转向护罩边界；

若小腿与门槛干涉，则调整CAS数据的门槛边界；

若头部与门洞干涉，则调整CAS数据的门洞边界；

若腰部与B柱干涉，则调整CAS数据的B柱边界。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价方法，其特征在于，上下车动作依次包括以下步骤：一腿部外移、另一腿部外移、小腿着地、头部外移、上半身外移。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价方法，其特征在于，目标用户包括不同身高的用户，具体包括：身高小于160cm的较矮用户、身高位于160-175cm的中等身材用户和身高大于175cm的较高用户。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价方法，其特征在于，目标用户进行上下车动作时，若运动轨迹与CAS数据生成的空间边界干涉，则虚拟现实设备进行声音提醒，或通过传感器变红或变亮进行提醒。

6.一种用于实现权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价方法的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，其特征在于，包括：实物座椅、中央处理单元、虚拟现实设备和传感器；

中央处理单元用于对开发车型的CAS数据进行处理，得到车型CAS图像画面并传递给虚拟现实设备；虚拟现实设备用于识别目标用户的眼点及其空间坐标，进而在目标用户的视角里实时显示虚拟场景；传感器用于获取目标用户脚尖、膝盖、小腿、头部和腰部的运动轨迹。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，其特征在于，传感器为惯性传感器，与中央处理单元连接，将运动信息传递给中央处理单元。

8.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，其特征在于，该装置还包括摄像头，摄像头与中央处理单元连接；传感器为光学传感器，摄像头实时采集光学传感器的图像并传递给中央处理单元，中央处理单元对图像进行处理得到运动轨迹。

9.根据权利要求8所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，其特征在于，当光学传感器被遮挡，摄像头无法获取光学传感器的图像时，中央处理单元根据光学传感器的前、后运动轨迹确定被遮挡时的运动轨迹。

10.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的上下车方便性评价装置，其特征在于，该装置还包括显示屏，用于显示目标用户的视角场景。

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