專利名稱：具有立體視覺的駕駛模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛或船舶的駕駛模擬器，尤其涉及具有立體視覺駕駛模擬器。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)圖形圖象處理技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在動畫制作中的應(yīng)用范圍越來越廣，目前應(yīng)用分兩類計(jì)算機(jī)輔助動畫(即二維動畫)和計(jì)算機(jī)生成動畫(即三維動畫)。三維動畫其三維數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部生成，其運(yùn)動軌跡也是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以三維數(shù)據(jù)確定。動畫技術(shù)作為一種表達(dá)第四維信息的技術(shù)，不僅可以用來表達(dá)時(shí)間的變化，也可以用于表不其它參數(shù)的變化。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的三維圖形知識應(yīng)用在可視化技術(shù)中，使得人們能夠利用計(jì)算機(jī)在三維圖形世界中直接對具有形體的信息進(jìn)行操作，并和它們直接交流，可視化技術(shù)賦予人們對物體進(jìn)行仿真并且實(shí)時(shí)交互的能力。視景仿真采用計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)，根據(jù)的仿真的目的，構(gòu)造仿真對象的三維模型或再現(xiàn)真實(shí)的環(huán)境，達(dá)到非常逼真的仿真效果O目前的車輛和船舶駕駛模擬器的一般是把三維空間的模型與模擬駕駛臺的方向控制裝置、油門、剎車、燈光等控制對象相結(jié)合和互動，然后按照通過單目視覺透視原理，利用一個(gè)三維虛擬空間中的、相對虛擬駕駛臺位置固定的虛擬攝像機(jī)所攝影到的空間關(guān)系的變?yōu)槎S圖像，然后將該圖像投影到駕駛模擬器的熒幕中，這種圖像沒有立體效果，即不具有雙目立體視覺效果。而現(xiàn)在的立體電影或仿真系統(tǒng)都是一個(gè)開環(huán)的控制系統(tǒng)，只能按照指定的路寫駕駛，沒有一個(gè)互動的立體視覺感知模擬駕駛操作方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有立體視覺的駕駛模擬器。本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為
具有立體視覺的駕駛模擬器，所述的駕駛模擬器包括至少包括一對投影儀，各投影儀的鏡頭前分別設(shè)置一個(gè)偏振器，一對投影儀中的兩偏振器的偏振互相垂直；所述的駕駛模擬器還包括用于觀看的偏振眼鏡，偏振眼鏡的兩個(gè)鏡片的偏振互相垂直，且其中一個(gè)鏡片的偏振方向與投影儀的一個(gè)偏振器的偏振方向一致；所述的駕駛模擬器包括具有駕駛仿真軟件的計(jì)算機(jī)、模擬駕駛臺、投影儀，模擬器駕駛臺的輸出信號輸入所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中，至少設(shè)置一對虛擬攝像機(jī)，一對虛擬攝像機(jī)中兩虛擬攝像機(jī)在虛擬空間中左右設(shè)置，且相對虛擬駕駛臺的位置固定，采集到的虛擬場景圖像通過計(jì)算機(jī)處理后，分別通過一對投影儀中的兩個(gè)投影儀輸出。上述方案中，所述計(jì)算機(jī)為兩臺具有相同駕駛仿真軟件的計(jì)算機(jī)，模擬駕駛臺的輸出信號同時(shí)輸入兩計(jì)算機(jī)，兩計(jì)算機(jī)分別通過兩投影儀輸出圖像。上述方案中，駕駛模擬器還包括I 一 5對投影儀，各對投影儀的投影相鄰處相互銜接；各對投影儀的空間位置與虛擬空間中攝像機(jī)位置相同，并接受相對應(yīng)的虛擬攝像的影像；各對投影儀鏡頭前的偏振器中的一個(gè)偏振器的偏振方向一致； 所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中還設(shè)置有I 一 2對虛擬攝像機(jī)，各對虛擬攝像機(jī)采集到的場景圖像相鄰處相互銜接。上述方案中，所述兩臺計(jì)算機(jī)的配置相同，兩臺計(jì)算機(jī)之間通訊連接；所述兩臺計(jì)算機(jī)中分別設(shè)有用于對輸出的視頻畫幅幀數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器和用于比較單位時(shí)間內(nèi)輸出視頻畫幅幀數(shù)的比較器，比較器的輸出用于確定所在計(jì)算機(jī)的視頻輸出是否運(yùn)行空循。上述方案中，模擬器駕駛臺包括汽車模擬駕駛臺，汽車模擬駕駛臺上設(shè)有油門的深度傳感器、檔位傳感器、鑰匙傳感器、手剎傳感器、離合器傳感器、腳剎狀態(tài)傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；所述駕駛仿真軟件為汽車駕駛仿真軟件。上述方案中，模擬器駕駛臺包括船舶模擬駕駛臺，船舶模擬駕駛臺上設(shè)有航行舵角傳感器和主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，所述駕駛仿真軟件為船舶駕駛仿真軟件。上述方案中，模擬器駕駛臺包括起重機(jī)模擬駕駛臺，起重機(jī)模擬駕駛臺上設(shè)有行走機(jī)構(gòu)傳感器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳感器、起升機(jī)構(gòu)傳感器和變幅機(jī)構(gòu)傳感器，所述駕駛仿真軟件為起重機(jī)駕駛仿真軟件。上述方案中，虛擬空間的一對虛擬攝像機(jī)的視角差不大于2°。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、目前采用的模擬駕駛器方式來體驗(yàn)駕駛仿真，導(dǎo)致沉浸的身體力學(xué)感知效果不夠真實(shí)，本發(fā)明采用成對的虛擬攝像機(jī)、和成對的投影儀和兩偏振光結(jié)合，形成立體效果，讓模擬器人駕駛能沉浸到駕駛環(huán)境中，可以達(dá)到仿真度較高的駕駛效果，提高的真實(shí)度，有利于初學(xué)駕駛體驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)對駕駛者心理測試，提高訓(xùn)練效果。2、兩個(gè)虛擬攝像機(jī)分別在兩臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真，兩臺計(jì)算機(jī)分別根據(jù)運(yùn)動軌跡對拍攝到場景進(jìn)行渲染，提高渲染的速度。3、采用多對虛擬攝像機(jī)和投影儀，增加了采集和投影的范圍，進(jìn)一步提高了駕駛模擬器的真實(shí)度。4、虛擬空間的一對虛擬攝像機(jī)的視角差不大于2°，視覺誤差最小。本發(fā)明適用于汽車、輪船、飛機(jī)模擬駕駛的考試和訓(xùn)練。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為比較器的工作原理圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)框圖。圖中al、a2、bl、b2、cl、c2為虛擬攝像機(jī)，Al、A2、B1、B2、Cl、C2 為投影儀，3 為偏
振眼鏡，4為偏振器，5為模擬駕駛臺，6為銀幕。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的本發(fā)明具有立體視覺的駕駛模擬器實(shí)施例1，它包括一臺具有駕駛仿真軟件的計(jì)算機(jī)、模擬駕駛臺5、投影儀；模擬器駕駛臺的輸出信號輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過投影儀輸出圖像。所述投影儀包括至少包括一對投影儀Al、A2，各投影儀的鏡頭前分別設(shè)置一個(gè)偏振器4，一對投影儀中的兩偏振器的偏振互相垂直；
所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中，設(shè)置一對虛擬攝像機(jī)al、a2，一對虛擬攝像機(jī)中兩虛擬攝像機(jī)在虛擬空間中左右設(shè)置，且相對虛擬駕駛臺的位置固定，該對虛擬攝像機(jī)的視角差不大于2°，保證視覺誤差最小。采集到的虛擬場景圖像通過計(jì)算機(jī)處理后，分別通過一對投影儀Al、A2中的兩個(gè)投影儀輸出，投影到同一個(gè)銀幕6上。所述駕駛模擬器還包括用于觀看的偏振眼鏡3，偏振眼鏡的兩個(gè)鏡片的偏振互相垂直，且其中一個(gè)鏡片的偏振方向與投影儀的一個(gè)偏振器的偏振方向一致。如圖2所示，模擬器駕駛臺包括汽車模擬駕駛臺，汽車模擬駕駛臺上設(shè)有油門的深度傳感器、檔位傳感器、鑰匙傳感器、手剎傳感器、離合器傳感器、腳剎狀態(tài)傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器等；所述駕駛仿真軟件為汽車駕駛仿真軟件。駕駛員在模擬器駕駛臺操作，在操作中改變油門的深度傳感器、檔位傳感器、鑰匙傳感器、手剎傳感器、離合器傳感器、腳剎狀態(tài)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角等對象，傳感器將信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接口，計(jì)算機(jī)根據(jù)動力學(xué)模型，控制虛擬重點(diǎn)車輛車，改變場景中的橫向變化量、縱向變化量、垂直變化量、航向變化量、俯角變化量、側(cè)滾變化量等變量。另一方面，位于駕駛室的根據(jù)駕駛員的兩個(gè)眼睛的位置布設(shè)兩臺虛擬攝像機(jī)al和a2，并在兩個(gè)角度采集視頻圖像，并將視頻圖像輸出到兩臺攝像機(jī)Al和A2，然后，進(jìn)過相互垂直偏振器，投影到同一個(gè)銀幕上，駕駛員帶上與偏振片一致的偏振方向的立體偏振眼鏡，觀看銀幕駕駛模擬器。實(shí)施例1的駕駛模擬器系統(tǒng)是米用Creator建模,在VC++環(huán)境下進(jìn)行基于Vega工具的二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)的。駕駛員前方看到的虛擬環(huán)境中的視景，模擬器的行駛行為由動力學(xué)仿真模塊來實(shí)現(xiàn)的，是駕駛模擬器的基礎(chǔ)功能，利用Vega軟件仿真實(shí)現(xiàn)交通環(huán)境，視景車必須按照現(xiàn)實(shí)的交通規(guī)則行駛,并且行駛符合現(xiàn)實(shí)交通環(huán)境中交通流的特性,主車作為交通環(huán)境中的一輛車，對視景中車輛的行駛同時(shí)也會產(chǎn)生影響，與視景中車發(fā)生交互的行為。整個(gè)仿真效果的顯示由視景驅(qū)動模塊來實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)模塊是將駕駛員操作的情況即傳感器采集的到模擬量信號、數(shù)字量信息，通過動力學(xué)模型的公式換算得到主車在視景中的行駛變化，即將駕駛員的操作反映為視景中主車的行為。通過這個(gè)模塊可以看到車輛行駛最終是通過改變車輛的位置坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)的。模擬系統(tǒng)利用車輛動力學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，在電子、液壓和控制等技術(shù)的支持下，從“人一車輛一道路(環(huán)境)”閉環(huán)系統(tǒng)的整體性能出發(fā)，對車輛的行駛過程進(jìn)行全面的仿真，使駕駛員在車輛運(yùn)動過程的模擬環(huán)境下，得到與在實(shí)際路面駕駛同樣的感受和操作訓(xùn)練。硬件接口模塊負(fù)責(zé)采集駕駛員的各種操作，并以統(tǒng)一的形式提供給運(yùn)行仿真模塊進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)硬件設(shè)備的不同，采集的數(shù)據(jù)來源可以是鍵盤、游戲方向盤、駕駛艙或者其他設(shè)備。如圖3所示的本發(fā)明實(shí)施例2，它與實(shí)施例1基本相同，只是它的計(jì)算機(jī)為兩臺配置相同的計(jì)算機(jī)(具有相同配置的駕駛仿真軟件和硬件)，兩臺計(jì)算機(jī)之間通過通訊接口(如串口、并口、J45等通訊接口)通訊連接；兩臺計(jì)算機(jī)之間通訊連接；所述兩臺計(jì)算機(jī)中分別設(shè)有用于對輸出的視頻畫幅幀數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器和用于比較單位時(shí)間內(nèi)輸出視頻畫幅幀數(shù)的比較器，比較器的輸出用于確定所在計(jì)算機(jī)的視頻輸出是否運(yùn)行空循，以確保兩個(gè)兩計(jì)算機(jī)的輸出視頻同步。如圖4所示，通過比較器比較單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)I輸出的視頻畫幅幀數(shù)Vl和計(jì)算機(jī)2輸出的視頻畫幅幀數(shù)V2，如果V2大于VI，通過增加計(jì)算機(jī)2的運(yùn)行空循環(huán)，降低V2輸出，否則增加計(jì)算機(jī)I的空循環(huán)，降低Vl的輸出，來保證兩臺計(jì)算機(jī)的同步運(yùn)算。如圖5、6所示的本發(fā)明實(shí)施例3，它與實(shí)施例1的區(qū)別在于它包括3對投影儀，其中A1、A2為一對，B1、B2為一對，C1、C2為一對，各對投影儀的投影相鄰處相互銜接；各對投影儀鏡頭前的偏振器中的一個(gè)偏振器的偏振方向一致。所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中設(shè)置有3對虛擬攝像機(jī)，其中al、a2為一對，bl、b2為一對，cl、c2為一對，各對虛擬攝像機(jī)的視角差不大于2°，確保視覺誤差最小。各對虛擬攝像機(jī)采集到的場景圖像相鄰處相互銜接。B1, bp C1與像機(jī)Ap B1, C1分別構(gòu)成兩幅環(huán)形三維旋轉(zhuǎn)的、多個(gè)投影儀之間在弧面銀幕6的投影進(jìn)行無縫銜接，并分別具有相同的偏振方向，同樣，a2、b2、C2與像機(jī)A2、B2、C2構(gòu)成環(huán)形三維旋轉(zhuǎn)的、多個(gè)投影儀之間在弧面銀幕6的投影進(jìn)行無縫銜接，并具有相同的偏振方向，兩組投影儀偏振方向垂直。本發(fā)明實(shí)施例4，它與實(shí)施例1的區(qū)別在于模擬器駕駛臺包括船舶模擬駕駛臺，船舶模擬駕駛臺上設(shè)有航行舵角傳感器和主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，所述駕駛仿真軟件為船舶駕駛仿真軟件。本發(fā)明實(shí)施例5，它與實(shí)施例1的區(qū)別在于模擬器駕駛臺包括起重機(jī)模擬駕駛臺，起重機(jī)模擬駕駛臺上設(shè)有行走機(jī)構(gòu)傳感器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳感器、起升機(jī)構(gòu)傳感器和變幅機(jī)構(gòu)傳感器，所述駕駛仿真軟件為起重機(jī)駕駛仿真軟件。本發(fā)明駕駛模擬器可包括I 一 5對投影儀，各對投影儀的投影相鄰處相互銜接；各對投影儀的空間位置與虛擬空間中攝像機(jī)位置相同，并接受相對應(yīng)的虛擬攝像的影像；各對投影儀鏡頭前的偏振器中的一個(gè)偏振器的偏振方向一致。
權(quán)利要求
1.具有立體視覺的駕駛模擬器，其特征在于所述的駕駛模擬器包括至少包括一對投影儀，各投影儀的鏡頭前分別設(shè)置一個(gè)偏振器，一對投影儀中的兩偏振器的偏振互相垂直； 所述的駕駛模擬器還包括用于觀看的偏振眼鏡，偏振眼鏡的兩個(gè)鏡片的偏振互相垂直，且其中一個(gè)鏡片的偏振方向與投影儀的一個(gè)偏振器的偏振方向一致；所述的駕駛模擬器包括具有駕駛仿真軟件的計(jì)算機(jī)、模擬駕駛臺、投影儀，模擬器駕駛臺的輸出信號輸入所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中，至少設(shè)置一對虛擬攝像機(jī)，一對虛擬攝像機(jī)中兩虛擬攝像機(jī)在虛擬空間中左右設(shè)置，且相對虛擬駕駛臺的位置固定，采集到的虛擬場景圖像通過計(jì)算機(jī)處理后，分別通過一對投影儀中的兩個(gè)投影儀輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛模擬器，其特征在于所述計(jì)算機(jī)為兩臺具有相同駕駛仿真軟件的計(jì)算機(jī)，模擬駕駛臺的輸出信號同時(shí)輸入兩計(jì)算機(jī)，兩計(jì)算機(jī)分別通過兩投影儀輸出圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的駕駛模擬器，其特征在于它還包括I一 5對投影儀，各對投影儀的投影相鄰處相互銜接；各對投影儀的空間位置與虛擬空間中攝像機(jī)位置相同，并接受相對應(yīng)的虛擬攝像的影像；各對投影儀鏡頭前的偏振器中的一個(gè)偏振器的偏振方向一致；所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中還設(shè)置有I 一 2對虛擬攝像機(jī)，各對虛擬攝像機(jī)采集到的場景圖像相鄰處相互銜接。
4.如權(quán)利要求2所述的駕駛模擬器，其特征在于所述兩臺計(jì)算機(jī)的配置相同，兩臺計(jì)算機(jī)之間通訊連接；所述兩臺計(jì)算機(jī)中分別設(shè)有用于對輸出的視頻畫幅幀數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器和用于比較單位時(shí)間內(nèi)輸出視頻畫幅幀數(shù)的比較器，比較器的輸出用于確定所在計(jì)算機(jī)的視頻輸出是否運(yùn)行空循。
5.如權(quán)利要求1或2或4所述的駕駛模擬器，其特征在于模擬器駕駛臺包括汽車模擬駕駛臺，汽車模擬駕駛臺上設(shè)有油門的深度傳感器、檔位傳感器、鑰匙傳感器、手剎傳感器、離合器傳感器、腳剎狀態(tài)傳感器和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；所述駕駛仿真軟件為汽車駕駛仿真軟件。
6.如權(quán)利要求1或2或4所述的駕駛模擬器，其特征在于模擬器駕駛臺包括船舶模擬駕駛臺，船舶模擬駕駛臺上設(shè)有航行舵角傳感器和主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，所述駕駛仿真軟件為船舶駕駛仿真軟件。
7.如權(quán)利要求1或2或4所述的駕駛模擬器，其特征在于模擬器駕駛臺包括起重機(jī)模擬駕駛臺，起重機(jī)模擬駕駛臺上設(shè)有行走機(jī)構(gòu)傳感器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳感器、起升機(jī)構(gòu)傳感器和變幅機(jī)構(gòu)傳感器，所述駕駛仿真軟件為起重機(jī)駕駛仿真軟件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駕駛模擬器，其特征在于虛擬空間的一對虛擬攝像機(jī)的視角差不大于2°。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有立體視覺的駕駛模擬器，所述的駕駛模擬器包括至少包括一對投影儀，各投影儀的鏡頭前分別設(shè)置一個(gè)偏振器，一對投影儀中的兩偏振器的偏振互相垂直；所述的駕駛模擬器還包括用于觀看的偏振眼鏡，偏振眼鏡的兩個(gè)鏡片的偏振互相垂直，且其中一個(gè)鏡片的偏振方向與投影儀的一個(gè)偏振器的偏振方向一致；所述的駕駛模擬器包括具有駕駛仿真軟件的計(jì)算機(jī)、模擬駕駛臺、投影儀，模擬器駕駛臺的輸出信號輸入所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)的駕駛仿真軟件中，至少設(shè)置一對虛擬攝像機(jī)。本發(fā)明采用成對的虛擬攝像機(jī)、和成對的投影儀和兩偏振光結(jié)合，形成立體效果，提高訓(xùn)練效果。
文檔編號G09B9/02GK103050027SQ20121058120
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者呂植勇, 黃思俊, 李木明, 何榮, 胡成顥, 易俊威, 付姍姍, 劉湘, 李博文, 倪琳軒 申請人:武漢理工大學(xué)