基于网络的汽车驾驶模拟器交互式系统的研究与实现

摘要

交互式系统是分布交互仿真(distribute interactive simulation，DIS)系统的一种重要表现形式，它是指平等的、分布在各处的计算单元通过数据传输介质连接在一起，并通过一个或一组有别于前面所述的计算单元来对其进行管理和控制，以达到共同实现某种功能或完成某一任务的目的；基于网络的交互式系统是利用网络作为传输介质，实现数据在各仿真结点之间进行高效传输，以此达到交互目的的系统。作为分布交互仿真系统的一种形式，基于网络的交互式系统具有灵活、易扩展等特点；对于实现某些简单功能或规模比较小的任务，特别是对实时性要求较高、扩展性较强的仿真应用，该系统能对其中的各个子系统进行有效地组织和管理，使其高效地运转并最终使整个系统达到协调统一。 与目前的DIS系统开发大多利用成熟的运行时间框架(run time infrastructure，RTI)商业软件不同，文中所探讨的基于网络的交互式系统是在充分利用面向对象方法和RTI中三层分离思想的基础上进行开发的，因此，本文的重点在于对整套系统从传输层到应用层的构建，在此过程中探究其中的若干关键技术，并开发出的一套基于网络的汽车驾驶模拟器交互式系统加以应用实现。文中所探讨的具体内容如下： 1)介绍了基于网络的交互式系统的概念和国内外发展现状，以及汽车驾驶模拟器的硬软件结构组成，主要是对其软件系统组成及其软件结构特点进行了阐述。 2)根据基于网络的汽车驾驶模拟器系统的功能需求，对系统的网络通信模块的建立方式进行分析，介绍了基于UDP的C++网络编程工具RakNet，并用其对交互式系统的网络通信模块进行设计并实现。 3)探讨了交互式系统中的网络传输数据自适应过滤方法，在分析对比了当前几种推算定位(DR)模型的优缺点后，提出了基于视觉范围的自适应阈值DR模型的建立方法及其建模流程，并给出了仿真实例及其结果。 4)探讨了基于网络的汽车驾驶模拟器交互式系统中的时空一致性的问题，主要从整个系统时钟同步和仿真结点之间的网络同步建模两方面进行讨论。根据目前网络游戏同步算法的内核并结合系统开发实际，提出了一种综合同步模型用于对网络中的各个仿真结点进行同步处理。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2交互式系统软件研究的发展与现状

1.2.1高层体系结构HLA

1.2.2运行时间框架RTI

1.3汽车驾驶模拟器概述

1.3.1汽车驾驶模拟器硬件构成

1.3.2汽车驾驶模拟器软件系统及其结构特点

1.4本课题研究的目的和意义

1.5本文的主要工作

第2章交互式系统网络通信研究

2.1交互式系统网络通信基础

2.1.1网络通信结构

2.1.2网络传输协议

2.1.3 Windows Sockets技术

2.2系统组网方案分析与设计

2.3基于UDP的网络编程工具——RakNet

2.3.1 RakNet的优点

2.3.2 RakNet系统构成

2.3.3 RakNet的实现原理

2.3.4 RakNet中的数据传输形式

2.3.5 RakNet中的标识系统

2.4基于RakNet的网络通信功能设计与实现

2.4.1网络通信功能的特点及其设计

2.4.2网络通信功能的实现

2.5本章小结

第3章交互式系统自适应数据过滤方法研究

3.1推算定位算法

3.1.1算法描述

3.1.2推算定位模型(DRM)表示法及公式

3.1.3 DR算法的执行过程

3.2基于网络的汽车驾驶模拟器交互式系统DRM设计

3.3自适应阈值DRM研究

3.3.1基于兴趣范围的多阈值DRM

3.3.2基于知识的自适应阈值DRM

3.4基于视觉范围的自适应阈值DRM

3.4.1视觉范围的标定及数学表现形式

3.4.2运动实体在视觉范围内相对位置的确定

3.4.3自适应阈值DR模型的建立

3.4.4自适应阈值DR模型仿真应用

3.5本章小结

第4章交互式系统网络同步研究

4.1网络同步概述

4.1.1影响网络同步的因素

4.2时钟同步方法

4.2.1广播式时钟同步算法

4.2.2请求式时钟同步算法

4.2.3点名式时钟同步算法

4.2.4基于网络的汽车驾驶模拟器系统交互式时钟同步算法的设计

4.3网络同步模型研究

4.3.1传统的网络同步模型

4.3.2综合同步模型研究

4.3.3综合同步模型设计

4.4本章小结

第5章系统软件的设计与实现

5.1系统软件总体设计

5.1.1系统软件开发环境

5.1.2网络中的各个系统功能设计

5.2系统软件的实现

5.2.1服务器端的实现

5.2.2客户端的实现

5.2.3系统软件演示

5.3本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目