TWM613762U

TWM613762U - 虛擬實境駕駛訓練系統

Info

Publication number: TWM613762U
Application number: TW110203387U
Authority: TW
Inventors: 梁郁哲; 梁皓然; 梁皓淳
Original assignee: 梁郁哲; 梁皓然; 梁皓淳
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-06-21

Abstract

一種虛擬實境駕駛訓練系統，包含一駕駛操控單元、一顯示器、一虛擬實境眼鏡以及一運算裝置，該駕駛操控單元輸出一駕駛操控資料，該虛擬實境眼鏡與該顯示器分離設置，該運算裝置訊號連接該駕駛操控單元、該顯示器與該虛擬實境眼鏡，該運算裝置執行一3D引擎軟體以及儲存有一駕訓場景圖資；該運算裝置根據該駕駛操控資料定義一車輛物件於該駕訓場景圖資中的動態，並執行碰撞偵測函數以判斷該車輛物件是否發生一碰撞事件；若是，於該顯示器提示一扣分訊息。

Description

虛擬實境駕駛訓練系統

本新型係關於一種駕駛訓練系統，特別是指虛擬實境駕駛訓練系統。

汽車是一種主要代步工具，民眾為取得開車上路的資格，必須具備駕駛執照(駕照)，而駕照須是經過考試合格才能取得。

一般而言，民眾在駕照考照前，會至駕訓班練習開車，駕訓班提供車輛讓學員練習，且每輛車能提供一名教練在旁指導，為一對一的指導方式。然而，教練人數有限，若學員數量突然增多，導致教練與學生的數量比例不適當，每位教練能給予學員的指導更有限，從而影響學員練習成果。此外，對於駕訓班來說，車輛必須加油、定期保養及更換零件，使得駕訓班經營成本難以降低。

有鑒於此，本新型的主要目的是提供一種虛擬實境駕駛訓練系統，以期改善學員在傳統駕訓成果有限以及駕訓班經營成本難以降低的問題。

本新型虛擬實境駕駛訓練系統包含：一駕駛操控單元，輸出一駕駛操控資料；一顯示器；一虛擬實境眼鏡，與該顯示器分離設置；以及一運算裝置，訊號連接該駕駛操控單元、該顯示器與該虛擬實境眼鏡，該運算裝置執行一3D引擎軟體以及儲存有一駕訓場景圖資；該運算裝置根據該駕駛操控資料定義一車輛物件於該駕訓場景圖資中的動態，並執行碰撞偵測函數以判斷該車輛物件是否發生一碰撞事件；若是，於該顯示器提示一扣分訊息。

根據本新型的虛擬實境駕駛訓練系統，提供一虛擬的練習環境讓學員使用，學員能操作本新型而反覆練習，且本新型可建構在室內環境，讓學員能免於受天氣影響。對於駕駛班來說，本新型系統接收市電電源而運作，並非讓學員實際開車上路練習，故能相對減少傳統車輛的維護成本與油耗成本，減輕駕訓班的開銷。另一方面，駕訓班能建置多部本新型系統以供多位學員同時練習，縱使有多位學員同時練習，教練在旁就能夠過顯示器關注全部學員的練習狀態，並適時給予各別指導。是以，本新型除能提高學員練習成果，並透過一對多的指導方式降低教練的人力成本。

請參考圖1，本新型虛擬實境(Virtual Reality, VR)駕駛訓練系統的實施例包含一駕駛操控單元10、一顯示器20、一虛擬實境眼鏡30與一運算裝置40，或更包含一追蹤器31。

該駕駛操控單元10提供學員駕車體驗的功能，該駕駛操控單元10包含一方向盤裝置11、一油門踏板裝置12、一煞車踏板裝置13、一排檔切換裝置14、一手煞車切換裝置15、一方向燈切換裝置16、一雨刷切換裝置17、一大燈切換裝置18與一喇叭切換裝置19當中的至少一種裝置。請配合參考圖2，該駕駛操控單元10中的各裝置可安裝在一訓練車體60的駕駛座，該訓練車體60可設置在室內，該訓練車體60具有座椅61以供學員乘坐，該駕駛操控單元10中的各裝置的位置與操作方式係等同於一般車輛，舉例來說，該排檔切換裝置14可為排檔桿，該手煞車切換裝置15可為手煞車拉桿，該方向燈切換裝置16、該雨刷切換裝置17與該大燈切換裝置18可設置在多功能撥桿，該喇叭切換裝置19可為按鈕。

該駕駛操控單元10能輸出一駕駛操控資料M1，對應於前述各裝置，該駕駛操控資料M1可包含一方向盤角度資訊、油門資訊、一煞車資訊、一檔位資訊、一手煞車資訊、一方向燈資訊、一雨刷資訊、一大燈資訊與一喇叭資訊當中的至少一種資訊。是以，該駕駛操控單元10所輸出的駕駛操控資料M1可反映學員的駕車狀態。舉例來說，該方向盤角度資訊反映該方向盤裝置11被學員操作的轉向角度；該油門資訊反映該油門踏板裝置12被學員踩下的深度；該煞車資訊反映該煞車踏板裝置13被學員踩下的深度；該檔位資訊反映該排檔切換裝置14被學員切換到的檔位，例如前進檔(D)、空檔(N)、倒車檔(R)或停車檔(P)；該手煞車資訊反映該手煞車切換裝置15是否被學員拉起；該方向燈資訊、該雨刷資訊、該大燈資訊與該喇叭資訊分別反映該方向燈切換裝置16、該雨刷切換裝置17、該大燈切換裝置18與該喇叭切換裝置19是否被學員啟用及其工作模式。

該顯示器20可為平面顯示器或曲面顯示器，如圖2所示，該顯示器20可設置在該訓練車體60的駕駛座的前方，但不以此為限。該顯示器20設置在該訓練車體60的方式例如可為直接擺放、黏合或鎖固。

該虛擬實境眼鏡30係與該顯示器20分離設置，也就是說，學員可穿戴該虛擬實境眼鏡30進行駕駛訓練，該顯示器20則供車外的教練觀看。另一方面，該追蹤器31能追蹤該虛擬實境眼鏡30的位置並對應輸出一定位資訊M2。本新型的實施例中，該虛擬實境眼鏡30可採用HTC VIVE Pro，該追蹤器31可採用雷射追蹤器(Lighthouse)，其可設置在天花板，故由該追蹤器31動態偵測該虛擬實境眼鏡30的位置並對應輸出該定位資訊M2，舉例來說，該定位資訊M2可即時反映學員的頭部轉向(視角)。

該運算裝置40可為個人電腦或筆記型電腦，但不以此為限。該運算裝置40訊號連接該駕駛操控單元10、該顯示器20、該虛擬實境眼鏡30與該追蹤器31，該運算裝置40執行一3D引擎軟體以及儲存有一駕訓(駕駛訓練)場景圖資，其中，該運算裝置40基本上包含中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)與儲存裝置，儲存裝置可例如為傳統硬碟(HDD)、固態硬碟(SSD)或記憶卡，由所述儲存裝置儲存該3D引擎軟體的程式資料以即該駕訓場景圖資，並由中央處理器及/或圖形處理器據以執行。本新型的實施例中，該3D引擎軟體可採用Unity軟體，但不以Unity軟體為限；本新型的實施例中，該駕駛操控單元10可採用羅技公司(Logitech)之駕駛模擬器(賽車式搖桿的硬體設備)進行匹配整合，其包含方向盤裝置11、油門踏板裝置12、煞車踏板裝置13、排檔切換裝置14，各裝置產生的數位信號或類比信號可透過Logitech提供之軟體開發套件(Software Development Kit, SDK)與該3D引擎軟體(即Unity)進行結合。

至於該駕訓場景圖資的建立，可先利用無人空拍機向駕駛訓練實際場地的各不同面向拍攝複數二維數位相片，再透過Altizure應用程式(App)將所述二維數位相片進行三維建模而可匯出一OBJ檔，該OBJ檔即為該駕訓場景圖資，以供匯入該3D引擎軟體。是以，該駕訓場景圖資是根據駕駛訓練實際場地而建立，故該駕訓場景圖資能包含例如倒車入庫、上坡起步、路邊停車、直線前進等各考試項目的場景，以供學員練習。

本新型的實施例中，該運算裝置40可透過一傳輸單元50訊號連接該駕駛操控單元10，也就是說，該傳輸單元50扮演將該駕駛操控單元10所輸出之駕駛操控資料M1傳輸到該運算裝置40的角色。該傳輸單元50包含一收集模組51與一整合模組52，該收集模組51例如可為Arduino電路模組，其包含輸入/輸出介面(I/O port)以電連接該駕駛操控單元10當中的至少一裝置，而能接收所述駕駛操控資料M1；該整合模組52可為Raspberry Pi電路模組，該整合模組52電連接該收集模組51與該運算裝置40，該整合模組52從該收集模組51接收該駕駛操控資料M1，並將該駕駛操控資料M1整合為字串格式並以封包方式傳輸至該運算裝置40，其中，為求資料傳輸的即時性，該整合模組52與該運算裝置40可採串列傳輸，例如透過RS232連接埠、通用序列匯流排(USB)連接埠或其轉接器。藉此，該運算裝置40執行該3D引擎軟體時，能讀取該駕駛操控資料M1並加以拆解(拆包)，得到該駕駛操控資料M1中之各別資訊。

前述中，該駕駛操控資料M1的字串格式可採JSON字串格式，舉例如下表，該3D引擎軟體(即Unity)之分析JSON字串格式的應用程式介面(API)例如為JsonUtility、Newtonsoft.Json以及listjson。

	各別資訊的數值
方向盤角度資訊	0-1080
油門資訊	0-100
煞車資訊	0-100
檔位資訊	P、N、R、D
手煞車資訊	0:放下、1:拉起
方向燈資訊	Right、Left、None
雨刷資訊	0:關、1:刷一次、10:慢、100:快、1000:噴水
大燈資訊	0:關、1:大燈、10:遠光燈
喇叭資訊	0:沒按、1:有按

該運算裝置40根據該駕駛操控資料M1定義一車輛物件於該駕訓場景圖資中的動態，並透過該虛擬實境眼鏡30與該顯示器20顯示對應的一即時場景畫面M3(以學員為第一人稱視角)，圖3為該即時場景畫面M3的範例示意圖。舉例而言，該3D引擎軟體(即Unity)可以Transform元件定義該車輛物件的動態，其中，Transform元件之主要功用為儲存物件之操作位置、大小及旋轉，亦即以Transform.Translate進行移動，而函式Vector3.forward * moveSpeed * Time.deltaTime指的分別代表物件方向、移動速度(單位為公尺)以及時間差(單位為幀)，故能結合該駕駛操控資料M1中之方向盤角度資訊、油門資訊與煞車資訊…等，讓該虛擬實境眼鏡30與該顯示器20顯示的即時場景畫面M3與學員駕駛操控狀態同步和一致。進一步，該運算裝置40可接收該追蹤器31的定位資訊M2，因為該定位資訊M2可即時反映學員的頭部轉向(視角)，故可由該3D引擎軟體(即Unity)根據該定位資訊M2調整所要顯示的畫面，亦即該虛擬實境眼鏡30與該顯示器20顯示的即時場景畫面M3也能根據該定位資訊M2而對應學員的頭部轉向(視角)而調整。

該運算裝置40能執行碰撞偵測函數以判斷該車輛物件是否發生一碰撞事件，該碰撞事件即對應於考照時的扣分條件。本新型的實施例中，可由該3D引擎軟體(即Unity)的函式OnCollisionEnter負責偵測物件碰撞狀態，該函式其中Collision方式為自行定義碰撞事件，舉例來說，可定義一車道線物件，當該車輛物件與該車道線物件發生碰撞，即發生所述碰撞事件，其反映的是車輛超出車道。

當該運算裝置40判斷該車輛物件是否發生碰撞事件，請參考圖4，該運算裝置40於該顯示器提示一扣分訊息N，該扣分訊息N可以圖案或文字呈現，例如可包含「扣分」之文字，其中，該扣分訊息N可不顯示在該虛擬實境眼鏡30。如此一來，車外的講師或協助人員能觀看該扣分訊息N，而學員未看到該扣分訊息N，避免訓練當下的心態受到扣分影響。

本新型能提供虛擬指引教學，請配合參考圖4與圖5，於該虛擬實境眼鏡30的即時場景畫面M3中能顯示一引導訊息70，該引導訊息70可為文字或圖案，例如包含各種考驗項目的名稱以及當下考驗項目的名稱，讓學員知道整體考驗流程以及當下考驗項目，其中，該引導訊息70的內容是預設資料，該運算裝置40執行該3D引擎軟體時，能從該駕訓場景圖資根據該車輛物件Obj_1的位置而顯示對應的引導訊息70。請參考圖5，該虛擬實境眼鏡30的即時場景畫面M3中還可包含一子畫面71，該子畫面71是一俯視圖，包含該車輛物件Obj_1以及該車輛物件Obj_1的周邊場景與物件，其中，該運算裝置40執行該3D引擎軟體時，能從該駕訓場景圖資根據該車輛物件Obj_1的位置而擷取出該子畫面71，並整合在該即時場景畫面M3中，故以圖5為例，該即時場景畫面M3的景象與該子畫面71是相互對應的，該子畫面71除了顯示該車輛物件Obj_1，還顯示該車輛物件Obj_1右前方的一停車格物件Obj_2，如此一來，學員能觀看該子畫面71得知自己的方位以及其與停車格的相對位置，據此進行練習，提高練習的效果。

綜上所述，透過本新型的虛擬實境駕駛訓練系統，對於駕駛班來說，本新型的虛擬實境駕駛訓練系統並非讓學員實際開車上路練習，而是在訓練車體60上練習，本新型系統的組成為電子裝置，其接收市電電源而運作，故能相對減少傳統車輛的維護成本與油耗成本，減輕駕訓班的開銷；對於學員而言，本新型可建構在室內環境，可讓學員在室內就能體驗真實駕駛訓練之場景，而且在室內而能免於受天氣影響，且在練習的過程中，教練也能在旁提醒，提高學員練習成果。

10:駕駛操控單元 11:方向盤裝置 12:油門踏板裝置 13:煞車踏板裝置 14:排檔切換裝置 15:手煞車切換裝置 16:方向燈切換裝置 17:雨刷切換裝置 18:大燈切換裝置 19:喇叭切換裝置 20:顯示器 30:虛擬實境眼鏡 31:追蹤器 40:運算裝置 50:傳輸單元 51:收集模組 52:整合模組 60:訓練車體 61:座椅 70:引導訊息 71:子畫面 M1:駕駛操控資料 M2:定位資訊 M3:即時場景畫面 N:扣分訊息 Obj_1:車輛物件 Obj_2:停車格物件

圖1：本新型虛擬實境駕駛訓練系統的實施例的方塊示意圖。圖2：本新型的駕駛操控單元及顯示器安裝在訓練車體的示意圖。圖3：本新型透過虛擬實境眼鏡與顯示器顯示的場景畫面的示意圖。圖4：本新型的運算裝置傳送資料給虛擬實境眼鏡與顯示器的示意圖。圖5：本新型透過虛擬實境眼鏡顯示的場景畫面(包含子畫面)的示意圖。

10:駕駛操控單元

11:方向盤裝置

12:油門踏板裝置

13:煞車踏板裝置

14:排檔切換裝置

15:手煞車切換裝置

16:方向燈切換裝置

17:雨刷切換裝置

18:大燈切換裝置

19:喇叭切換裝置

20:顯示器

30:虛擬實境眼鏡

31:追蹤器

40:運算裝置

50:傳輸單元

51:收集模組

52:整合模組

M1:駕駛操控資料

M2:定位資訊

M3:即時場景畫面

Claims

一種虛擬實境駕駛訓練系統，包含：一駕駛操控單元，輸出一駕駛操控資料；一顯示器；一虛擬實境眼鏡，與該顯示器分離設置；以及一運算裝置，訊號連接該駕駛操控單元、該顯示器與該虛擬實境眼鏡，該運算裝置執行一3D引擎軟體以及儲存有一駕訓場景圖資；該運算裝置根據該駕駛操控資料定義一車輛物件於該駕訓場景圖資中的動態，並執行碰撞偵測函數以判斷該車輛物件是否發生一碰撞事件；若是，於該顯示器提示一扣分訊息。
如請求項1所述之虛擬實境駕駛訓練系統，其中，該駕駛操控單元包含一方向盤裝置、一油門踏板裝置、一煞車踏板裝置、一排檔切換裝置、一手煞車切換裝置、一方向燈切換裝置、一雨刷切換裝置、一大燈切換裝置與一喇叭切換裝置當中的至少一種裝置；對應的，該駕駛操控資料包含一方向盤角度資訊、油門資訊、一煞車資訊、一檔位資訊、一手煞車資訊、一方向燈資訊、一雨刷資訊、一大燈資訊與一喇叭資訊當中的至少一種資訊。
如請求項2所述之虛擬實境駕駛訓練系統，其中，該駕駛操控單元安裝在車體的駕駛座，該顯示器設置在所述駕駛座的前方。
如請求項1所述之虛擬實境駕駛訓練系統，其中，該運算裝置透過一傳輸單元訊號連接該駕駛操控單元，該傳輸單元包含：一收集模組，電連接該駕駛操控單元以接收所述駕駛操控資料；以及一整合模組，電連接該收集模組與該運算裝置，從該收集模組接收該駕駛操控資料，並將該駕駛操控資料整合為字串格式並以封包方式傳輸至該運算裝置。
如請求項4所述之虛擬實境駕駛訓練系統，其中，該整合模組與該運算裝置採串列傳輸。
如請求項1所述之虛擬實境駕駛訓練系統，更包含一追蹤器，該追蹤器追蹤該虛擬實境眼鏡的位置並對應輸出一定位資訊；該運算裝置訊號連接該追蹤器，使該虛擬實境眼鏡與該顯示器顯示的一即時場景畫面根據該定位資訊而對應調整。
如請求項1所述之虛擬實境駕駛訓練系統，其中，該虛擬實境眼鏡所顯示的一即時場景畫面包含一引導訊息，該引導訊息為考驗項目的名稱；該運算裝置從該駕訓場景圖資根據該車輛物件的位置而顯示該引導訊息。
如請求項1所述之虛擬實境駕駛訓練系統，其中，該虛擬實境眼鏡所顯示的一即時場景畫面包含一子畫面，該子畫面是一俯視圖，包含該車輛物件以及該車輛物件的周邊場景與物件；該運算裝置從該駕訓場景圖資根據該車輛物件而擷取出該子畫面，並整合在該即時場景畫面中。