駕駛模擬器中的虛擬自主汽車視覺行為模型的關鍵技術研究.pdf

1、隨著駕駛模擬器技術的廣泛應用，如何提高駕駛模擬器沉浸性和逼真性逐漸成為研究熱點。其中駕駛模擬器中虛擬交通環(huán)境的真實性對提高駕駛模擬器的真實感是至關重要的，而在虛擬交通環(huán)境中，虛擬自主汽車又是最重要的動態(tài)元素和智能元素，所以虛擬自主汽車的真實性是提高駕駛模擬器真實感的核心之一，其真實性不僅包括真實的幾何外形，更包括真實的運動行為。由于真實駕駛員的感知信息90%來自視覺，因此本文主要針對虛擬自主汽車視覺行為模型的關鍵技術進行了研究。論文主要

2、研究和解決了以下幾個方面的問題： 首先研究了具有五個單元的虛擬自主汽車視覺行為模型總體框架，即視覺感知單元、情感單元、規(guī)劃單元、操作單元和碰撞避免單元。情感單元和碰撞避免單元在一定程度上更加真實地模擬出實際駕駛員的個性行為。 其次研究了虛擬自主汽車運動控制技術，即研究了一種基于參數(shù)關鍵幀和正向操縱動力學控制器相結合的、在虛擬環(huán)境中進行的實時運動控制方法。利用參數(shù)關鍵幀數(shù)據(jù)庫記錄虛擬自主汽車的初始行駛軌跡，其數(shù)據(jù)庫與它要行

3、駛的道路數(shù)據(jù)庫相一致；當虛擬自主汽車遇到各種交通狀況時，采用正向操縱動力學控制器來控制汽車的不同運動，同時其軌跡受到道路邊界和物體之間的最小橫向安全間距約束。正向操縱動力學控制器是參考某一輛汽車的具體技術參數(shù)和實車操縱動力學模型推出的虛擬自主汽車運動控制器，從而考慮了汽車的質量、發(fā)動機特性等因素，在一定程度上提高了虛擬自主汽車運動的逼真性，同時參數(shù)化的運動控制器和關鍵幀的應用也保證了運動的實時性。 第三對虛擬自主汽車的視覺感知進

4、行了詳細地研究探討，提出了一個對虛擬交通環(huán)境實時感知的建模技術，即車速過濾、注意力過濾機制驅動下的分層次的、符合人眼生理局限性的虛擬自主汽車雙眼動態(tài)幾何視覺模型。不僅加快了虛擬自主汽車與虛擬環(huán)境的交互效率，而且模擬了人眼在高速下的“隧道視覺”現(xiàn)象和不同注意力狀態(tài)下的視覺范圍?？紤]了注意力產生機制，即在內因起決定作用下，外部刺激和內部情緒共同作用形成注意力；同時也提出用注意源和注意熵的概念描述外部物體刺激注意力強度和內部注意力的狀態(tài)，構造

5、注意力集合、精神狀態(tài)集合和情緒集合，在一定程度上逼真模擬了駕駛員的注意力產生過程。利用假記憶庫模擬短時視覺信息和利用信息沉淀到真記憶庫的過程模擬信息記憶學習過程；利用視覺預測減少自主汽車視野搜索范圍，提高計算效率；提出用方向相差率識別物體相對自主汽車的運動方向性。從而在視覺感知的整體模型上提高了其逼真性和實時性。 第四研究探討了虛擬自主汽車的行為規(guī)劃，提出了一種基于視覺感知信息的六層模糊神經網(wǎng)絡控制器VFBP模型的行為規(guī)劃建模技

6、術。利用VFBP模型對虛擬自主汽車在行駛過程中所遇到的交通情況變化進行局部路徑動態(tài)規(guī)劃。利用駕駛員期望值這一特定的輸入輸出信息進行VFBP網(wǎng)絡學習，調整模糊隸屬函數(shù)的參數(shù)值，在一定程度上達到在線模擬不同個性駕駛員行為規(guī)劃的效果；考慮了車速不同對行為規(guī)劃的影響，利用獎賞系數(shù)、行為置信度約減、優(yōu)化多種可行行為；利用避碰距離與剎車距離比較，駕駛角度變化與包絡線特征點夾角比較，評估行為規(guī)劃的正確性。從而在整體模型上體現(xiàn)了虛擬自主汽車的個性行為規(guī)