專利名稱：車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大規(guī)模的公共交通系統(tǒng)仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國城市物質(zhì)文明的發(fā)展，公共交通設(shè)施也越來越完善，現(xiàn)代的公共交通系統(tǒng)正在逐步建立，公共交通系統(tǒng)仿真也越來越得到重視，尤以車路協(xié)同系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展最為迅速，但是三維可視化的車路協(xié)同系統(tǒng)仿真并不多見。目前來說，車路協(xié)同系統(tǒng)仿真的成果展示主要是根據(jù)得出的數(shù)據(jù)進行表格分析和曲線分析，缺乏一個直觀的可視化體現(xiàn)方法，使得決策者對仿真內(nèi)容與數(shù)據(jù)不能夠及時的給出一個評判
發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)。為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明實施例公開了一種車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)，包括外部程序接口及控制模塊、模型間信息交互模塊、模型引導(dǎo)控制模塊、視角的動態(tài)切換模塊、模型狀態(tài)參數(shù)動態(tài)顯示模塊，其中外部程序接口與控制模塊，承擔(dān)車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)與外部環(huán)境的信息交互功能，實現(xiàn)外部環(huán)境的信息與車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)的信息交換，將外部信息轉(zhuǎn)義為車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)內(nèi)部可識別的仿真信息；模型間信息交互模塊，根據(jù)從車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)提取的交互仿真信息，對模型進行控制，動態(tài)的改變信息交互的三維仿真變化過程；模型引導(dǎo)控制模塊，以典型場景仿真為基礎(chǔ)，提取場景中仿真模型的運動坐標(biāo)軌跡信息控制模型運動趨勢，以位移矢量作為位姿參數(shù)控制與調(diào)整模型姿態(tài)；視角的動態(tài)切換模塊，在仿真過程中，動態(tài)的改變視角的位置，對所需目標(biāo)模型作近距離的全方位觀察與展示；模型狀態(tài)參數(shù)動態(tài)顯示模塊，動態(tài)的顯示目標(biāo)模型的實時狀態(tài)參數(shù)信息。進一步，作為優(yōu)選，所述外部程序接口與控制模塊，具備一個外部程序接口，該接口通過HLA體系框架與外部建立信息交互通道。本發(fā)明的有益效果是將仿真的結(jié)果及中間數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理及運算，得到驅(qū)動計算機圖形顯示的數(shù)據(jù)命令。利用Creator三維建模軟件構(gòu)建起車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)所需的精簡化模型庫。并以車路協(xié)同系統(tǒng)中的信息交互仿真、典型場景仿真為基礎(chǔ)，將仿真數(shù)據(jù)與模型導(dǎo)入到三維的可視化模型的驅(qū)動程序Vega當(dāng)中，由車路協(xié)同系統(tǒng)仿真信息驅(qū)動模型在場景中的移動，實現(xiàn)車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)的可視化效果。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，其中圖1、車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)模型節(jié)點組織圖。圖2、仿真系統(tǒng)模型控制與信息交互仿真示意圖。圖3、車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)實現(xiàn)整體方案示意圖。
具體實施例方式參照圖1-3對本發(fā)明的實施例進行說明。為使上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。伴隨著計算機圖形學(xué)的發(fā)展，三維表現(xiàn)技術(shù)得以形成，可視化仿真成為仿真領(lǐng)域的一門新興學(xué)科，三維仿真的實現(xiàn)可將測量獲得的數(shù)值、圖像或是計算中涉及、產(chǎn)生的數(shù)字信息變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像信息表示的、隨時間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)在研究者面前，使他們能夠觀察、模擬和計算，在建筑、醫(yī)學(xué)、軍事仿真等領(lǐng)域內(nèi)都取得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，較好的完成了仿真結(jié)果的直觀可視化效果，三維實現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用對大規(guī)模的城市交通仿真產(chǎn)生了積極的影響。且已被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)仿真的各個環(huán)節(jié)，提高了仿真系統(tǒng)的開發(fā)效率，加強了系統(tǒng)仿真的數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，對減少仿真決策失誤起到了重要的作用。對于車路協(xié)同系統(tǒng)仿真來說，以往的數(shù)據(jù)與結(jié)果表現(xiàn)形式已不能滿足現(xiàn)代化仿真對結(jié)果可視化表現(xiàn)的需要，三維仿真方法的引入，將使仿真系統(tǒng)設(shè)計的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍，更加符合車路協(xié)同系統(tǒng)仿真發(fā)展的需要。一種車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)及方法主要包括以下幾個部分車路協(xié)同系統(tǒng)模型構(gòu)建方式，外部程序接口及控制模塊，模型間信息交互模塊，模型引導(dǎo)控制模塊，視角的動態(tài)切換模塊，模型狀態(tài)參數(shù)的動態(tài)顯示模塊。車路協(xié)同系統(tǒng)模型構(gòu)建方式，在對車路協(xié)同系統(tǒng)中出現(xiàn)的各個模型進行模型構(gòu)建時，以車路和車車信息交互仿真、典型場景仿真管理為基礎(chǔ)，采取多種細節(jié)不同層次的節(jié)點組織方式構(gòu)造車路協(xié)同系統(tǒng)仿真模型，模型包括車輛間信息交互模型、路側(cè)設(shè)備廣播模型、行人移動模型、信號燈狀態(tài)切換模型、車載DMI實時轉(zhuǎn)入模型、車輛動態(tài)信息發(fā)布模型。外部程序接口與控制模塊，車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)提供了一個接受信息的外部程序接口與控制模塊，通過HLA體系框架與外部環(huán)境建立信息交互通道與外部系統(tǒng)進行仿真的信息交互，對接收到的外部信息進行轉(zhuǎn)義，轉(zhuǎn)換成車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)能夠識別的內(nèi)部仿真命令信息，控制與驅(qū)動Vega實現(xiàn)系統(tǒng)仿真的顯示和控制。模型間信息交互模塊，車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)對模型間信息交互的表現(xiàn)形式為以信息波的動態(tài)傳送來表不模型之間的信息交互，車路協(xié)同仿真系統(tǒng)中存在大量的車輛信息交互仿真，因而對車輛模型之間的信息交互三維實現(xiàn)仿真顯得尤為必要，車路協(xié)同仿真三維實現(xiàn)方式對系統(tǒng)中模型間的信息交互方式采用動態(tài)信息波傳送方式進行模擬與仿真。車路協(xié)同系統(tǒng)模型弓I導(dǎo)控制模塊，車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)的方法對系統(tǒng)中模型的控制方式采用距離引導(dǎo)方式控制，通過提取路網(wǎng)模型中的位置坐標(biāo)信息對模型進行位置的重定位，采用插值算法，增加坐標(biāo)點控制運動中的仿真模型，提高模型引導(dǎo)控制的連貫性，達到動態(tài)顯示的效果。車路協(xié)同典型組合場景的仿真實現(xiàn)方式，建立包含模型狀態(tài)信息所對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體，對多車模型進行管理和控制。根據(jù)從系統(tǒng)或者外部數(shù)據(jù)接口提取的仿真場景合理組織多車模型的運動路徑，動態(tài)的從模型庫中加載仿真場景所需模型，根據(jù)提取的場景信息對多個不同運動狀態(tài)的仿真模型可視化展現(xiàn)。視角的動態(tài)切換模塊，在仿真過程中，對選中的目標(biāo)模型進行相應(yīng)的全方位觀察和顯不,有三種內(nèi)定方式模型相對固定方式、模型相對移動方式、模型相對旋轉(zhuǎn)的觀察方式可供選擇，亦可由外部數(shù)據(jù)接口模塊接收到的交互信息作為參數(shù)進行調(diào)整。模型狀態(tài)參數(shù)的動態(tài)顯示模塊，在顯示界面設(shè)置單獨的顯示通道，在通道中加載動態(tài)可變信息板模型，實時顯示選中模型的狀態(tài)參數(shù)信息，對車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)給出及時的反饋與監(jiān)督。下面結(jié)合圖1即三維仿真模型節(jié)點組織圖對模型建模做敘述。首先，車路協(xié)同系統(tǒng)三維仿真模型的合理化組織與構(gòu)建，根據(jù)三維建模軟件Creator通過線、面、體構(gòu)建起系統(tǒng)仿真模型的輪廓，在構(gòu)建過程中根據(jù)視景顯示的需要構(gòu)建不同的效果模型。通過多細節(jié)多層次的節(jié)點組織管理方式控制模型狀態(tài)的顯示，在遠景時展現(xiàn)較為粗糙的模型，近距離顯示較為精細的結(jié)構(gòu)模型，通過LOD節(jié)點控制不同距離時模型的顯示效果，如車輛、路燈、信號燈等周邊環(huán)境模型。可采用五級顯示距離進行控制，IOOm以內(nèi)的模型顯示最為精細的模型，100-300m內(nèi)顯示較為中等精細的模型，300m-1000m內(nèi)顯示較為粗糙的模型，1000m-2000m內(nèi)則只顯示框架即可，2000m外使模型隱藏。其次，車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)中對行人或者車載儀表盤模型的控制采用DOF節(jié)點進行控制，車路協(xié)同仿真系統(tǒng)車載DMI面板進行建模時采用DOF節(jié)點控制儀表盤中指針的轉(zhuǎn)動范圍，在車路協(xié)同系統(tǒng)仿真過程中對車輛的實時狀態(tài)參數(shù)進行仿真和顯示；再次，在進行交叉口行人預(yù)警的仿真過程中，對行人的動作進行仿真與建模，對行人的肘關(guān)節(jié)加入DOF節(jié)點，并限定在肘部垂立前后15°范圍內(nèi)，動態(tài)的對行人模型進行仿真與模擬；最后，車路協(xié)同仿真系統(tǒng)信號燈建模時加入SWI TCH節(jié)點對信號燈的不同顯示狀態(tài)進行控制，對仿真過程中場景所需的顯示狀態(tài)進行仿真和展現(xiàn)。模型創(chuàng)建過程中對不同的模型加入相應(yīng)的紋理，可大幅度減少模型制作工作量和復(fù)雜度，提高真實性。下面結(jié)合圖2對仿真過程系統(tǒng)模型控制與信息交互示意圖作具體說明。仿真過程中，車路協(xié)同系統(tǒng)仿真模型之間信息交互的三維仿真實現(xiàn)方式，通過模型之間發(fā)送單向動態(tài)信息波進行仿真與實現(xiàn)，在模型構(gòu)建時，制作多種類型的信息交互模型，在仿真過程中導(dǎo)入到場景中，根據(jù)車路協(xié)同系統(tǒng)場景信息交互的需要加入信息交互模型，并根據(jù)模型之間的位置，調(diào)整信息波傳送方向；在模擬路側(cè)設(shè)備的動態(tài)廣播時，以路側(cè)設(shè)備為中心，向周邊發(fā)送信息波模型，模擬路側(cè)設(shè)備的廣播信息。信息交互仿真時，仿真系統(tǒng)信息交互仿真的模擬如圖2所示，路側(cè)設(shè)備向周邊廣播消息時，通過向周邊輻射動態(tài)環(huán)形信息波模擬路側(cè)設(shè)備與環(huán)境的信息交互；模型車I和模型車2間進行的信息交互車I向車2發(fā)送信息，則以車I到車2的單向弧形動態(tài)信息波模擬模型間的信息交互仿真；每輛模型車頂部設(shè)有信息動態(tài)發(fā)布模塊，可動態(tài)向周邊模型發(fā)布車輛狀態(tài)信息。
仿真模型的引導(dǎo)控制，車路協(xié)同系統(tǒng)仿真模型的控制方式采用坐標(biāo)引導(dǎo)方式進行控制，模型的運動以坐標(biāo)作為引導(dǎo)工具，通過從仿真系統(tǒng)中提取的實時坐標(biāo)信息對模型在場景中的位置進行調(diào)整和控制，前后相鄰兩次定位的方向矢量作為模型的運動方向，并作為位姿參數(shù)對模型進行調(diào)整。如圖2中所示仿真模型通過坐標(biāo)對模型進行控制和定位，以車3和車4為例，通過從仿真系統(tǒng)中提取實時的坐標(biāo)信息，對車3和車4的運動路徑進行實時的修改和調(diào)整，重新定位仿真模型的位置，引導(dǎo)車輛進行移動，并以前后坐標(biāo)差異形成的位移矢量作為位姿參數(shù)調(diào)整仿真模型的正面朝向。車輛在行駛過程中出現(xiàn)的拋錨、故障及離開車隊的運動可根據(jù)采集得到的實時數(shù)據(jù)信息進行驅(qū)動，在處理車輛拋錨時根據(jù)車輛狀態(tài)參數(shù)，對構(gòu)建的模型進行拋錨模型進行加載，顯示拋錨的動態(tài)模型，將正常的車輛模型動態(tài)地從仿真環(huán)境中進行刪除。車輛在行駛過程中出現(xiàn)的臨時故障會占據(jù)車道，并且有可能改變車輛的行駛方向，對故障模型的加載可根據(jù)車輛在兩次定位時產(chǎn)生的方向矢量對車輛的行駛方向進行調(diào)整與控制，增強仿真效果的真實性。模型狀態(tài)參數(shù)的動態(tài)顯示模塊，即在顯示窗口中一側(cè)增加單獨通道，通道中設(shè)置車輛運行參數(shù)信息板，采用OpenGL編程語言，將系統(tǒng)仿真模型參數(shù)制作成三維字體輸出到動態(tài)信息板中顯示相應(yīng)的信息，供仿真決策者參考，以便及時對仿真過程進行監(jiān)控和參數(shù)調(diào)整。視角的動態(tài)切換模塊，車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)中的視角作為主要的觀察方式，實現(xiàn)時依據(jù)模型的運動狀態(tài)進行實時的視角切換，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定有三種方式靜態(tài)固定方式，模型相對移動方式，模型相對旋轉(zhuǎn)方式三種方式，靜態(tài)固定方式觀察視角設(shè)定為一個世界坐標(biāo)，模型相對移動方式和模型相對移動方式的視角觀察坐標(biāo)系為模型相對坐標(biāo)系。車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)在實現(xiàn)過程中提供了一個外部數(shù)據(jù)接口與控制模塊，通過HLA高層體系框架建立與外部環(huán)境交互的信息通道，與外部仿真環(huán)境進行對應(yīng)的信息交互，根據(jù)取得外部仿真信息，對車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)進行相應(yīng)的仿真控制和驅(qū)動，最后由控制模塊將仿真結(jié)果結(jié)果輸出到顯示終端進行顯示。圖3為車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)實現(xiàn)整體方案示意圖車路協(xié)同系統(tǒng)三維仿真系統(tǒng)通過外部數(shù)據(jù)接口與控制模塊接收外部仿真環(huán)境的仿真信息，將信息導(dǎo)入到三維仿真工作站中；三維仿真工作站承擔(dān)仿真系統(tǒng)的信息處理及模型控制等操作，根據(jù)仿真系統(tǒng)內(nèi)部的需要，動態(tài)的從三維模型庫中調(diào)入相應(yīng)的仿真模型，設(shè)定相應(yīng)的仿真參數(shù)信息，驅(qū)動仿真模型按照系統(tǒng)仿真的需求運動，輸出到終端進行顯示；實時刪除系統(tǒng)中完成仿真操作的模型，減少系統(tǒng)資源的占用。車路協(xié)同仿真三維仿真系統(tǒng)在車路協(xié)同仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入計算機圖形學(xué)技術(shù)，對車路協(xié)同中出現(xiàn)的多種情形進行實時的可視化仿真，能夠及時的發(fā)現(xiàn)仿真過程中出現(xiàn)的各種問題，及時將仿真結(jié)果反饋至決策者，提高系統(tǒng)仿真的效率。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些具體實施方式
僅是舉例說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的情況下，可以對上述方法和系統(tǒng)的細節(jié)進行各種省略、替換和改變。例如，合并上述方法步驟，從而按照實質(zhì)相同的方法執(zhí)行實質(zhì)相同的功能以實現(xiàn)實質(zhì)相同的結(jié)果則屬于本發(fā)明的范圍。因 此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)，其特征在于包括外部程序接口及控制模塊、模型間信息交互模塊、模型引導(dǎo)控制模塊、視角的動態(tài)切換模塊、模型狀態(tài)參數(shù)動態(tài)顯示模塊，其中外部程序接口與控制模塊，承擔(dān)車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)與外部環(huán)境的信息交互功能， 實現(xiàn)外部環(huán)境的信息與車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)的信息交換，將外部信息轉(zhuǎn)義為車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)內(nèi)部可識別的仿真信息；模型間信息交互模塊，根據(jù)從車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)提取的交互仿真信息，對模型進行控制，動態(tài)的改變信息交互的三維仿真變化過程；模型引導(dǎo)控制模塊，以典型場景仿真為基礎(chǔ)，提取場景中仿真模型的運動坐標(biāo)軌跡信息控制模型運動趨勢，以位移矢量作為位姿參數(shù)控制與調(diào)整模型姿態(tài)；視角的動態(tài)切換模塊，在仿真過程中，動態(tài)的改變視角的位置，對所需目標(biāo)模型作近距離的全方位觀察與展示；模型狀態(tài)參數(shù)動態(tài)顯示模塊，動態(tài)的顯示目標(biāo)模型的實時狀態(tài)參數(shù)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)，其特征在于所述外部程序接口與控制模塊，具備一個外部程序接口，該接口通過HLA體系框架與外部建立信息交互通道。
全文摘要
一種車路協(xié)同三維仿真系統(tǒng)，包括外部程序接口及控制模塊、模型間信息交互模塊、模型引導(dǎo)控制模塊、視角的動態(tài)切換模塊、模型狀態(tài)參數(shù)動態(tài)顯示模塊。所述系統(tǒng)以車路協(xié)同仿真系統(tǒng)模型間信息交互、不同典型場景仿真等為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建仿真系統(tǒng)所需多狀態(tài)合一的三維仿真模型，實現(xiàn)仿真過程中車路協(xié)同模型的實時控制。
文檔編號G06T17/00GK103021026SQ201310014458
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者上官偉, 蔡伯根, 劉朋慧, 王劍, 劉江 申請人:北京交通大學(xué)