CN113946212A - 一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统 - Google Patents

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徐庆
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Abstract

本发明公开一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，包括试驾模块、校准模块、测试模块、控制模块和存储模块；试驾模块能够让驾驶员更好地在虚拟场景进行驾驶测试任务，提前进行适应虚拟驾驶；校准模块是为保证驾驶员眼动数据的准确性，提前进行眼动位置的校准；通过转移矩阵使得瞳孔坐标与设定目标相等；测试模块包括场景设定和场景测试；控制模块包括控制组件和组件触发装置；存储模块包括生理数据的存储和物理数据的存储，生理数据包括眼动、头动相关方位的数据，物理数据包括驾驶员与外设交互的数据、场景参数及场景中车辆、控制组件的参数数据，最终存储到日志文件中。

Description

一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统
技术领域
本发明属于人与虚拟现实环境交互领域，涉及有计算机图形学和信息论，尤其涉及一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统。
背景技术
虚拟现实技术(VR)是一种通过在计算机系统模拟仿真现实场景的一种技术，通过这种技术可以让参与者有种沉浸在真实场景的感觉，从而达到身临其境的效果。换句话说，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。这种技术现在在许多方面都有应用，比如用于3D游戏、工业场景或实验研究中，也可以对危险场景或运动训练场景进行模拟。通过模拟三维场景进行实验得到相关数据，之后通过转化得到的数据整理分析其特征并通过计算机模拟实验现象。
信息论将信息的传递作为一种统计现象来考虑，给出了估算通信信道容量的方法。信息论是关于信息的理论，应有自己明确的研究对象和适用范围。但从信息论诞生的那时起人们就对它有不同的理解。我们使用信息论中的熵进行后续数据的处理以及对相关性进行度量。
目前国内外对于VR场景下的驾驶多测得一般紧急情况下的数据进行进一步分析并探讨，而对于驾驶过程中最普遍的平稳驾驶却缺少相关资料进行研究分析。这种普适意义的研究对于之后相关紧急驾驶情况等方面的研究可以提供相关对比依据或者说对照组依据。通过虚拟驾驶这种方式也能降低成本，而且与以后的虚拟发展方向也有进一步的接轨程度。
设计虚拟三维场景进行实验，并模拟真实驾车过程中的语音导航，获取驾驶员的眼动等相关实验数据，分析整体过程中白天与黑夜的驾驶情况，对之后无人驾驶方向的研究也有一定的参考意义。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，本发明是为弥补虚拟驾驶过程中对于平稳驾驶方面研究的空白，为之后其他方面的研究垫定一定的基础并通过信息论方面的知识对对驾驶员的行为进行相关数据分析，给予一定的结果及参考方向。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，包括试驾模块、校准模块、测试模块、控制模块和存储模块；试驾模块能够让驾驶员在不同的虚拟场景进行驾驶测试任务，提前进行适应虚拟驾驶；
校准模块是为保证驾驶员眼动数据的准确性，提前进行眼动位置的校准；通过眼动仪捕捉到驾驶员的瞳孔位置，PT(x，y)表示驾驶员瞳孔位置的点坐标，PL(x，y)表示设定的校验点坐标，校准是通过转移矩阵使得瞳孔坐标与设定目标相等；
测试模块是对测试场景的内容进行分别设置，分别设置白天和黑夜场景的环境光照的强度和反射强度以及场景中光源的光照强度和渲染模式；通过对黑夜和白天的测试场景的设置，驾驶员完成在虚拟场景下的驾驶活动；驾驶之前明确告知驾驶员保持40km/h的平均速度前行，驾驶道路有直道和路口，在实验过程中路口前有导航语音进行提醒进行拐弯操作，模拟直行和弯道进行平稳驾驶的过程；整个测试过程设置了统一起点和终点，最终在终点结束一次试验，整个测试过程均依靠驾驶员操作外部设备即刹车、油门进行加减速，通过方向盘进行方向的把控以完成虚拟场景中虚拟汽车的驾驶行为，实验过程中的眼动和头动数据通过眼动仪进行测量，确保实验过程中无其他人进行干预；眼动和头动数据包括眼动位置、头动位置、眼动开始时间、与场景交互组件的记录；
控制模块包括控制组件和组件触发装置，提前对虚拟场景中的控制组件的相关参数进行设置，驾驶员通过外设完成任务，完成任务的过程中通过场景中的组件触发装置获取控制数据；
存储模块包括生理数据的存储和物理数据的存储，生理数据包括眼动、头动相关方位的数据，物理数据包括驾驶员与外设交互的数据、场景参数及场景中车辆、控制组件的参数数据，最终存储到日志文件中。
进一步的，测试场景与真实实验场景的设置存在不同，以防止驾驶员对场景有记忆性造成数据不准确，保证了场景的差异性，最终得到相对准确的数据。
进一步的，所述外设包括罗技G29方向盘、刹车油门。
进一步的，所述平稳驾驶测试系统能够在不同道路类型与不同的环境中进行测试。
进一步的，所述测试模块与控制模块之间存在交互：一种交互是驾驶员与测试场景进行的交互，驾驶员操作外设操作汽车，尽量平稳地完成平稳驾驶测试，平稳驾驶通过参考仪表盘获知；另一种交互是被试驾驶员眼动与平稳驾驶测试系统之间的交互，眼动的注视位置与虚拟场景以及虚拟场景中的道路、方向盘、仪表盘、后视镜设计组件进行交互，通过碰撞检测并记录相关组件的交互数据。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明可以使用Unity3D进行构建三维实验场景，并通过设置场景内不同组件的材质模拟真实驾驶场景。如今真实驾驶相关研究较多，但是使用真实驾驶车辆成本较高而且我们对于驾驶安全性不是很好保证，而三维模拟驾驶场景虽然对于时间和技术的成本要求较高，但是能多次测试并能保证测试安全性，我们通过模拟虚拟场景并配合外设共同模拟驾驶测试场景，不仅能够很好地测试驾驶员的真实驾驶状况，还能保证安全性，并且场景的可利用性较高，测试成本较低，对于之后的场景改进也较为容易。
通过本发明的实际测试结果的分析，发现在白天和夜晚场景中驾驶员的注视点的注视有显著差异，且男女在速度上也有一定的差异行为，另外驾驶老手的注视点数量也多于新手的注视点数量。总体在白天的场景中驾驶员的平均注视点的数量也显著多于夜晚，这也与现实中明亮场景的情况下人们更容易多关注周围环境的常识相符。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的程序流程图。
图3是本发明的测试场景图。
图4是本发明的部分存储数据图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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，本发明提供一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，包括试驾模块、校准模块、测试模块、控制模块和存储模块；
本实施例在Unity中仿照郊区的道路，设计双向共四条道路，道路中间有斑马线、两旁并设置道路常见的路灯、树木。为了防止场景过于复杂影响实验测量的难度，其他交通元素并未增加过多。正式测试场景均为9段直道和8个弯道进行连接组成。驾驶员驾驶的车辆配有方向盘、仪表盘、左视镜、右视镜、后视镜等，驾驶者通过外设(罗技G29方向盘、刹车油门)使车辆前进、拐弯等。
如图2所示，本实施例中基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统的具体操作过程如下：
根据驾驶员的视力调整眼动仪镜片等以及个人的习惯调整驾驶员座椅位置，完成之后切换场景，驾驶员进入测试的白天/夜晚场景，通过外设进行车辆的驾驶操作，驾驶员在场景中充分适应之后(在场景中能顺利地完成直行和拐弯操作)告知可以进行正式测试，再进行下一步测试内容。
对驾驶者进行眼动校准，首先在屏幕中央选择中心点，之后校准在屏幕各处随机产生的校准位置，校准不准确将重新进行校准。
实验前对驾驶员进行交谈，并告知实验规则：(1)尽量保持40km/h的平均速度前行，弯道前50米会有拐弯语音提示(2)水平方向尽量保持平稳，除拐弯外不左右移动。
用户进入测试场景，正式开始测试，工作人员则监视用户的驾驶表现，测试过程中不进行外加干扰。
若测试有其他情况发生，最后其数据将进行不使用。保证测试无意外则进行等待数据的存储，并给与每个驾驶员进行访谈并记录其谈论的内容与建议，并对于实验场景及其感受进行评价，最后鼓励驾驶员提出试验改进建议。
图3是具体测试时的场景图。图4是进行驾驶测试后得到的部分存储数据图。实现对整体过程中白天与黑夜的驾驶情况的分析。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，其特征在于，包括试驾模块、校准模块、测试模块、控制模块和存储模块；试驾模块能够让驾驶员在不同的虚拟场景进行驾驶测试任务，提前进行适应虚拟驾驶；
校准模块是为保证驾驶员眼动数据的准确性，提前进行眼动位置的校准；通过眼动仪捕捉到驾驶员的瞳孔位置，PT(x，y)表示驾驶员瞳孔位置的点坐标，PL(x，y)表示设定的校验点坐标，校准是通过转移矩阵使得瞳孔坐标与设定目标相等；
测试模块是对测试场景的内容进行分别设置，分别设置白天和黑夜场景的环境光照的强度和反射强度以及场景中光源的光照强度和渲染模式；通过对黑夜和白天的测试场景的设置，驾驶员完成在虚拟场景下的驾驶活动；驾驶之前明确告知驾驶员保持40km/h的平均速度前行，驾驶道路有直道和路口，在实验过程中路口前有导航语音进行提醒进行拐弯操作，模拟直行和弯道进行平稳驾驶的过程；整个测试过程设置了统一起点和终点，最终在终点结束一次试验，整个测试过程均依靠驾驶员操作外部设备即刹车、油门进行加减速，通过方向盘进行方向的把控以完成虚拟场景中虚拟汽车的驾驶行为，实验过程中的眼动和头动数据通过眼动仪进行测量，确保实验过程中无其他人进行干预；眼动和头动数据包括眼动位置、头动位置、眼动开始时间、与场景交互组件的记录；
控制模块包括控制组件和组件触发装置，提前对虚拟场景中的控制组件的相关参数进行设置，驾驶员通过外设完成任务，完成任务的过程中通过场景中的组件触发装置获取控制数据；
存储模块包括生理数据的存储和物理数据的存储，生理数据包括眼动、头动相关方位的数据，物理数据包括驾驶员与外设交互的数据、场景参数及场景中车辆、控制组件的参数数据，最终存储到日志文件中。
2.根据权利要求1所述一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，其特征在于，测试场景与真实实验场景的设置存在不同，以防止驾驶员对场景有记忆性造成数据不准确，保证了场景的差异性，最终得到相对准确的数据。
3.据权利要求1所述一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，其特征在于，所述外设包括罗技G29方向盘、刹车油门。
4.据权利要求1所述一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，其特征在于，所述平稳驾驶测试系统能够在不同道路类型与不同的环境中进行测试。
5.据权利要求1所述一种基于虚拟现实的平稳驾驶测试系统，其特征在于，所述测试模块与控制模块之间存在交互：一种交互是驾驶员与测试场景进行的交互，驾驶员操作外设操作汽车，尽量平稳地完成平稳驾驶测试，平稳驾驶通过参考仪表盘获知；另一种交互是被试驾驶员眼动与平稳驾驶测试系统之间的交互，眼动的注视位置与虚拟场景以及虚拟场景中的道路、方向盘、仪表盘、后视镜设计组件进行交互，通过碰撞检测并记录相关组件的交互数据。
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