虚拟驾驶方案

虚拟驾驶方案

一、虚拟驾驶系统概述
  虚拟驾驶，也被称为汽车驾驶仿真，或汽车模拟驾驶。是指利用现代高科技手段如：三维图像即时生成技术、汽车动力学仿真物理系统、大视场显示技术（如多通道立体投影系统）、六自由度运动平台（或三自由度运动平台）、用户输入硬件系统、立体声音响、中控系统等，让体验者在一个虚拟的驾驶环境中，感受到接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。早些年由于技术复杂度高，造价昂贵，虚拟驾驶技术还一直停留在实验室，随着软件技术的提高和硬件技术的普及，近几年，虚拟驾驶技术已经被越来越多的人所接受，逐渐进入院校和科博馆。

二、虚拟驾驶应用范围
  1.院校汽车相关专业数字汽车科研与教学。
  2.院校科研单位交通、飞行、运输等相关专业科研与仿真体验。
  3.科博管汽车仿真数字体验展相。
  4.未来驾校的心事培训手段。
  5.大型工业企业驾驶技术人工虚拟培训。
  6.越野、坦克作战等单兵和协同实战演习。
  7.互动游戏。

三、虚拟驾驶类型
虚拟驾驶根据驾驶的模型不同，有多种不同的类型：

  1.虚拟骑车驾驶：观众骑坐在改装的自行车模型上，按照日常骑车的习惯，操作自行车模型，大屏幕上显示的虚拟场景随着模拟自行车的行进的速度和方向的变化而改变，集合场景音乐的播放，使观众充分享受骑车带来的乐趣
  2.虚拟汽车驾驶：观众坐在高度仿真的汽车模型里面，驾驶舱里面的仪器仪表，方向盘，油门刹车等均模拟真车的形式，按照真实汽车的驾驶方式操作。大屏幕显示汽车所处的虚拟场景，场景会随着汽车的速度和方向改变而变化，而车模也会随着场景中形式路面的变化而发生颠簸和冲击，并产生转向的离心力，结合场景音乐的播放，观众能充分享受到驾驶汽车带来的享受。根据虚拟场景的不同，可模拟赛车、汽车旅游和学习驾驶等不同的驾驶体验。
  3.虚拟飞行驾驶：虚拟飞行技术是利用虚拟现实和传感检测技术模拟飞机飞行的，参与者可以坐进飞机舱模拟飞行，感受真实的飞行乐趣，体验一次做飞行员的感受，飞机舱模拟真实飞机的仪器仪表和操作设备，大屏幕播放虚拟的飞行场景。
  4.虚拟机车驾驶：观众坐在高度仿真的机车模型里面，机车模型分为高铁和传统的机车的方式。驾驶舱里面的仪器仪表，操作设备等均模拟真实机车形式，按照真实机车的驾驶控制方式操作。大屏幕显示机车所处的虚拟场景，场景会随着机车车的速度和方向改变而变化，结合场景音乐的播放，观众能充分享受到驾驶机车带来的享受。虚拟机车驾驶可模拟驾驶体验、也可用于学习机车驾驶培训等。
  5.虚拟赛艇驾驶： 观众可以在特定的船模上进行虚拟驾驶巡游。船模模拟真实的船艇，操作设备和仪器仪表与真实船一模一样，观众可以驱动帆船向前或者维持船身的平衡。参与者可以身临其境，仿佛在真实驾驶船艇一样。大屏幕显示船艇所处的虚拟场景，场景会随着船艇的速度和方向改变而变化，而船模也会随着场景中水面的波浪变化而发生颠簸和冲击，并产生转向的离心力，结合场景音乐的播放，观众能充分享受到驾驶船艇带来的享受。根据虚拟场景的不同，可模拟赛艇、乘船旅游和学习驾驶船舶等不同的体验。

四、虚拟驾驶采用的技术
  1、三维图像技术：可以模拟道路环境和水面如各类建筑、桥梁、隧道、水域、波浪、植被绿化等，还能模拟各种天气环境如早晨、中午、黄昏；大雾、下雨、下雪等。另外，VRP特有的高画质渲染技术，也为三维数字模型车原型设计成为了可能，使得模型具有非常逼真的外观。
  2、驾驶模型动力学物理仿真技术：驾驶模型动力学仿真物理系统，做为驾驶模型运动仿真中核心的环节，成为模拟驾驶中关键的部分。模拟逼真的刚体动力学特性，如运动物体具有密度、质量、速度、加速度、旋转角速度、冲量等各种现实的物理动力学属性。在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中，不同的动力学属性能得到不同的运动效果。
  3、六自由度运动平台：六自由度运动平台是由六支油缸，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六只油缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。六自由度平台是各种飞行及航海等领域操作模拟器的重要组成部分，可由数字计算机实时控制提供俯仰、偏航、滚转、升降、纵向和横向平移的六自由度瞬时运动仿真。
  4、大视场显示技术：多通道环幕（立体）投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕展示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。
  5、用户输入和座椅硬件系统：舒适安全的座椅，仿真的方向盘、档位、油门和刹车，这些也是模拟驾驶系统必不可少的元件。

五、虚拟驾驶系统组成
  虚拟驾驶是高科技的虚拟现实就是来实现的一个虚拟的驾驶环境，有接近真实效果的视觉、听觉和体感的汽车驾驶体验。其主要设备的组成见下图虚拟驾驶系统拓扑图。

  1. 使用投影弧幕或者电视显示模拟驾驶虚拟外景，也就是模拟驾驶模型外面的景象；投影机的选择：一般选择高清投影机，亮度和数量根据投影幕的大小而定。
  2. 驾驶模型使用触摸屏模拟操作平台：各种状态显示仪表，以及各种操作按钮，通过这个平面可以看到驾驶模型的运行状态状态，同时可以通过触摸屏上的按钮模拟各种模拟驾驶设备操作；驾驶模型安装有各种操作设备。驾驶模型可以是自行车，汽车，船，飞机和机车等。
  3. 六自由度底座：采用六个电动缸制作成底座，将驾驶模型安装在上面。
  4. 控制器：接收并反馈驾驶模型上的操作信息，控制六自由度底座的运动和同步控制大屏幕显示器上的场景变化
  5. 控制主机：这是整个虚拟驾驶系统的核心，里面安装控制软件和各种场景的虚拟景观，通过触摸屏对系统进行控制
    基本配置：CPU I7  内存  8G或以上   显卡：英伟达1070或以上
  6. 音响：选择功率约为200W左右就可以，要求音质好，立体声。

六、应用效果示意图

七、设备配置表
以下按各种不同驾驶模型配置设备
1、虚拟汽车驾驶设备配置表

2、虚拟机车驾驶设备配置表

3、虚拟赛艇驾驶设备配置表

4、虚拟飞行驾驶设备配置表

5、虚拟自行车驾驶设备配置表