駕駛模擬器中的虛擬自主汽車視覺行為模型的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著駕駛模擬器技術(shù)的廣泛應(yīng)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(diǎn)。其中駕駛模擬器中虛擬交通環(huán)境的真實(shí)性對(duì)提高駕駛模擬器的真實(shí)感是至關(guān)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(dòng)態(tài)元素和智能元素，所以虛擬自主汽車的真實(shí)性是提高駕駛模擬器真實(shí)感的核心之一，其真實(shí)性不僅包括真實(shí)的幾何外形，更包括真實(shí)的運(yùn)動(dòng)行為。由于真實(shí)駕駛員的感知信息90%來自視覺，因此本文主要針對(duì)虛擬自主汽車視覺行為模型的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。論文主要

2、研究和解決了以下幾個(gè)方面的問題： 首先研究了具有五個(gè)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(shí)地模擬出實(shí)際駕駛員的個(gè)性行為。 其次研究了虛擬自主汽車運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，即研究了一種基于參數(shù)關(guān)鍵幀和正向操縱動(dòng)力學(xué)控制器相結(jié)合的、在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制方法。利用參數(shù)關(guān)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(dāng)虛擬自主汽車遇到各種交通狀況時(shí)，采用正向操縱動(dòng)力學(xué)控制器來控制汽車的不同運(yùn)動(dòng)，同時(shí)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(dòng)力學(xué)控制器是參考某一輛汽車的具體技術(shù)參數(shù)和實(shí)車操縱動(dòng)力學(xué)模型推出的虛擬自主汽車運(yùn)動(dòng)控制器，從而考慮了汽車的質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)特性等因素，在一定程度上提高了虛擬自主汽車運(yùn)動(dòng)的逼真性，同時(shí)參數(shù)化的運(yùn)動(dòng)控制器和關(guān)鍵幀的應(yīng)用也保證了運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性。 第三對(duì)虛擬自主汽車的視覺感知進(jìn)

4、行了詳細(xì)地研究探討，提出了一個(gè)對(duì)虛擬交通環(huán)境實(shí)時(shí)感知的建模技術(shù)，即車速過濾、注意力過濾機(jī)制驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chǎn)生機(jī)制，即在內(nèi)因起決定作用下，外部刺激和內(nèi)部情緒共同作用形成注意力；同時(shí)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(qiáng)度和內(nèi)部注意力的狀態(tài)，構(gòu)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(chǎn)生過程。利用假記憶庫模擬短時(shí)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(xué)習(xí)過程；利用視覺預(yù)測減少自主汽車視野搜索范圍，提高計(jì)算效率；提出用方向相差率識(shí)別物體相對(duì)自主汽車的運(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器VFBP模型的行為規(guī)劃建模技

6、術(shù)。利用VFBP模型對(duì)虛擬自主汽車在行駛過程中所遇到的交通情況變化進(jìn)行局部路徑動(dòng)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(jìn)行VFBP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，調(diào)整模糊隸屬函數(shù)的參數(shù)值，在一定程度上達(dá)到在線模擬不同個(gè)性駕駛員行為規(guī)劃的效果；考慮了車速不同對(duì)行為規(guī)劃的影響，利用獎(jiǎng)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(luò)線特征點(diǎn)夾角比較，評(píng)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(gè)性行為規(guī)