一種虛擬汽車的交互體驗駕駛方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)技術(shù)，特別是涉及一種虛擬汽車的交互體驗駕駛方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是二十一世紀(jì)信息技術(shù)的代表，它融合了數(shù)字圖像處理、計算機(jī)圖 形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是對這些更高層次的集 成、滲透與綜合應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前在軍事與航空、娛樂、醫(yī)學(xué)、機(jī)器人方面的應(yīng)用占據(jù) 主流，其次是在旅游、房地產(chǎn)、教育及藝術(shù)商業(yè)領(lǐng)域，另外在可視化計算、制造業(yè)等領(lǐng)域也有 相當(dāng)?shù)谋壤?，并且現(xiàn)在的應(yīng)用也越來越廣泛。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在很大的程度上解決真正 作戰(zhàn)中的很多的實際問題，還節(jié)約了資金不受環(huán)境限制等等問題，因此成為了各國軍方一 直青睞的技術(shù)。目前，比較常見的模擬駕駛系統(tǒng)可分為兩類：一類是需要額外硬件設(shè)備配合 使用的汽車模擬駕駛系統(tǒng)，另一類是純軟件而無使用任何硬件設(shè)備的汽車模擬駕駛系統(tǒng)， 前者雖然可以與真實的駕駛環(huán)境相接近，但是成本較高，不易于普及。而后者僅僅是一款軟 件，通過鍵盤和鼠標(biāo)來操控汽車，因而可操作性不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種虛擬汽車的交互體驗駕駛方 法，旨在實現(xiàn)視頻場景中的虛擬交互式操作，給與復(fù)雜多變的3D模型以豐富系統(tǒng)的真實感 和操作感。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，包括：由方向盤、油門、離合器、剎車、檔位組成的 車體，在所述離合器上安裝有傳感器與軟件接口，所述傳感器與軟件接口與主控計算機(jī)通 信連接，所述主動計算機(jī)與渲染指令輸出相互通信連接，根據(jù)所述渲染指令輸出的圖像顯 示到虛擬頭盔顯示器上，其中，軟件包括首先采集城市區(qū)域與車輛模型、交通概況提示與記 錄、違章駕駛提示及記錄、日常駕駛訓(xùn)練內(nèi)容的信息，并將所述違章駕駛提示及記錄導(dǎo)入數(shù) 據(jù)庫，然后進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析個人駕駛常態(tài)。
[0005] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述交通概況提示與記錄 是由車輛流水系統(tǒng)、行人流水系統(tǒng)、交通信號燈系統(tǒng)提供。
[0006] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述傳感器與軟件接口包 括若干個傳感器和一個可通過USB形式接入的軟件接口。
[0007] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述若干個傳感器包括攝 像頭系統(tǒng)、速度傳感器、光線傳感器、紅外傳感器。
[0008] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述虛擬頭盔顯示器內(nèi)集 成有雙軸云臺控制系統(tǒng)。
[0009] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述雙軸云臺控制系統(tǒng)包 括一個可實現(xiàn)俯仰和偏航兩自由度360°旋轉(zhuǎn)的云臺和兩個伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0010] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述伺服電機(jī)系統(tǒng)包括用 于驅(qū)動云臺旋轉(zhuǎn)的直驅(qū)式力矩電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動控制器和用于反饋的旋轉(zhuǎn)變壓器。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述虛擬頭盔顯示器內(nèi)部 還集成有MEMS陀螺儀和加速度計，通過對所述傳感器測量姿態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)對 頭部姿態(tài)的精準(zhǔn)測量。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述頭部姿態(tài)包括測量的 俯仰和偏航兩個姿態(tài)角。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，其中，所述俯仰和偏航兩個姿態(tài) 角分別作為所述雙軸云臺兩個自由度的指令，所述電機(jī)驅(qū)動控制器通過閉環(huán)解耦的方式控 制所述兩自由度的轉(zhuǎn)角，使得云臺高動態(tài)的跟蹤頭部運(yùn)動。
[0014] 本發(fā)明的有益效果：本案的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法采用了在現(xiàn)有的硬件 系統(tǒng)中加入了軟件接口，實現(xiàn)了頭盔顯示器的虛擬汽車駕駛的真實感、操作感，同時具備以 下優(yōu)點： (1) 視頻場景中的交互式操作，即導(dǎo)入了構(gòu)建好的比較全面、復(fù)雜多變的3D模型以豐 富系統(tǒng)的真實感； (2) 高質(zhì)量隨動系統(tǒng)運(yùn)動方位信號的采集、程序的處理與伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計，機(jī)電一 體化隨動系統(tǒng)實現(xiàn)了與全視角虛擬頭盔相匹配的高靈敏度； (3) 體積小、重量輕，適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合； (4) 低成本、高可靠性，低功耗，內(nèi)部無轉(zhuǎn)動部件，全固態(tài)裝置，抗大過載沖擊，工作壽命 長。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一實施例所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法中駕駛系統(tǒng)的硬件 結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明一實施例所述的虛擬汽車的交互體驗駕駛方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0017] -種虛擬汽車的交互體驗駕駛方法，包括：由方向盤、油門、離合器、剎車、檔位組 成的車體，在所述離合器上安裝有傳感器與軟件接口，所述傳感器與軟件接口與主控計算 機(jī)通信連接，所述主動計算機(jī)與渲染指令輸出相互通信連接，根據(jù)所述渲染指令輸出的圖 像顯示到虛擬頭盔顯示器上，其中，軟件包括首先采集城市區(qū)域與車輛模型、交通概況提示 與記錄、違章駕駛提示及記錄、日常駕駛訓(xùn)練內(nèi)容的信息，并將所述違章駕駛提示及記錄導(dǎo) 入數(shù)據(jù)庫，然后進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析個人駕駛常態(tài)。
[0018] 進(jìn)一步的，所述交通概況提示與記錄是由車輛流水系統(tǒng)、行人流水系統(tǒng)、交通信號 燈系統(tǒng)提供。
[0019] 進(jìn)一步的，所述傳感器與軟件接口包括若干個傳感器和一個可通過USB形式接入 的軟件接口。
[0020] 進(jìn)一步的，所述若干個傳感器包括攝像頭系統(tǒng)、速度傳感器、光線傳感器、紅外傳 感器。
[0021] 進(jìn)一步的，所述虛擬頭盔顯示器內(nèi)集成有雙軸云臺控制系統(tǒng)。
[0022] 進(jìn)一步的，所述雙軸云臺控制系統(tǒng)包括一個可實現(xiàn)俯仰和偏航兩自由度360°旋 轉(zhuǎn)的云臺和兩個伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0023] 進(jìn)一步的，所述伺服電機(jī)系統(tǒng)包括用于驅(qū)動云臺旋轉(zhuǎn)的直驅(qū)式力矩電機(jī)、電機(jī)驅(qū) 動控制器和用于反饋的旋轉(zhuǎn)變壓器。
[0024] 進(jìn)一步的，所述虛擬頭盔顯示器內(nèi)部還集成有MEMS陀螺儀和加速度計，通過對所 述傳感器測量姿態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)對頭部姿態(tài)的精準(zhǔn)測量。
[0025] 進(jìn)一步的，所述頭部姿態(tài)包括測量的俯仰和偏航兩個姿態(tài)角。
[0026] 進(jìn)一步的，所述俯仰和偏航兩個姿態(tài)角分別作為所述雙軸云臺兩個自由度的指 令，所述電機(jī)驅(qū)動控制器通過閉環(huán)解耦的方式控制所述兩自由度的轉(zhuǎn)角，使得云臺高動態(tài) 的跟蹤頭部運(yùn)動。
[0027] 本案的原理如下：為了拍攝出無干擾的高品質(zhì)影像，必須采用高精度萬向軸云臺 系統(tǒng)來維持?jǐn)z像機(jī)的穩(wěn)定。驅(qū)動電機(jī)選用maxon公司的扁平無刷直流伺服電機(jī)maxon EC 32 flat為萬向軸云臺系統(tǒng)提供直接驅(qū)動。該驅(qū)動裝置配備結(jié)構(gòu)緊湊的盤式電機(jī)，并可達(dá)到 所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。該驅(qū)動裝置設(shè)計緊湊，使用壽命長、具有極高的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度。 而且加速快，非常高效耐用。最重要的是，采用直驅(qū)驅(qū)動在功率輸出時不會產(chǎn)生間隙，因此 應(yīng)用于云臺系統(tǒng)的驅(qū)動裝置可以完美實現(xiàn)高精度伺服驅(qū)動。無論搭配何種品牌和型號的攝 像機(jī)，高精度萬向云臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都可讓使用者隨時進(jìn)行校準(zhǔn)并調(diào)整整個系統(tǒng)的重心。當(dāng)系 統(tǒng)擁有良好的平衡時，直流伺服電機(jī)便可在能耗最小的情況下進(jìn)行快速加速，同時展現(xiàn)出 良好的反應(yīng)性能。
[0028] 數(shù)字控制部分由DSP和CPLD組成，DSP作為主控制芯片，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，實 現(xiàn)控制算法。CPLD輔助DSP實現(xiàn)組合邏輯，完成電機(jī)的時序控制。數(shù)字控制器主要承擔(dān)系 統(tǒng)的信息采集、控制算法的實現(xiàn)和處理等任務(wù)，完成電機(jī)相位邏輯控制、位置和轉(zhuǎn)速的閉環(huán) 控制、邏輯保護(hù)等功能。
[0029] 功率放大器由數(shù)字隔離芯片和集成功率發(fā)達(dá)芯片組成的三相驅(qū)動，驅(qū)動芯片接收 數(shù)字控制器發(fā)來驅(qū)動信號，驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行。調(diào)速范圍較寬（PWM波占空比可在0-100%之間 任意調(diào)節(jié))，調(diào)速器響應(yīng)速度快，可以快速啟動。采用隔離驅(qū)動芯片，消除驅(qū)動部分對控制部 分的干擾，性能穩(wěn)定。
[0030] 檢測裝置包括電流、電壓檢測，速度、位置檢測等。檢測信號包括電壓信號、主電流 信號、各相電流信號、位置信號、轉(zhuǎn)速信號。主電電壓、主電電流信號用于檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀 態(tài)，確保系統(tǒng)運(yùn)行時的主電電壓、電流在安全范圍內(nèi)。各相電壓、電流信號反饋至DSP，同時 設(shè)計了限流保護(hù)，限制電機(jī)各相電流在安全范圍內(nèi)，避免過流損壞電路。
[0031] 主控單元 主控單元主要由DSP、CPLD及相關(guān)模擬信號調(diào)理電路組成。其中DSP用于完成舵機(jī)信 息的采集、控制算法的實現(xiàn)和處理多機(jī)通訊。
[0032] 數(shù)字控制器是無刷直流伺服電機(jī)控制的核心，其性能的優(yōu)劣直接影響到最終系 統(tǒng)的控制效果，從實用性角度來說，好的中央控制單元要求性能穩(wěn)定，控制方便，可移植性 好，效率高，而且易于維護(hù)，所以在數(shù)字控制器的選擇上必需慎重考慮。擬采用ΤΙ公司 TMS320F28069作為主控制器，具有強(qiáng)大的浮點運(yùn)算功能和豐富的外設(shè)資源，可減少系統(tǒng)元 器件的數(shù)量，降低成本，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、外圍設(shè)備電路應(yīng)用成熟。
[0033] 主控單元中DSP通過模擬信號調(diào)理電路獲得電機(jī)的位置、轉(zhuǎn)速、反電動勢和相電 流。主控制器通過