基于桌面虚拟现实技术的虚拟驾驶系统的研究与开发

摘要

虚拟现实技术在生产生活中的应用越来越广泛，本文以桌面虚拟现实技术为基础，对汽车虚拟驾驶系统进行了研究与开发。汽车驾驶模拟系统的实现形式是汽车驾驶模拟器，它是建立在汽车运动学基础上的汽车运动仿真设备，集合了虚拟现实技术、三维实时渲染技术、计算机图形学技术、计算机接口技术和多媒体等先进技术。虚拟现实技术应用于汽车虚拟驾驶系统中，通过计算机产生汽车行驶过程中的虚拟视觉、音响效果和运动仿真，让学员沉浸到虚拟驾驶环境中，并有实车驾驶的感觉。学员根据虚拟驾驶环境提供的视觉、听觉和触觉感受，构想其驾驶动作，操作模拟系统的操纵机构，进行汽车驾驶动作训练。利用虚拟驾驶系统，可以进行“人-车-环境”闭环系统的研究，为汽车设计、性能改进，道路仿真和驾驶员行为的研究提供方便；利用系统进行驾驶训练，可以减少污染和排放，提高培训效率。因此，虚拟驾驶系统的经济、高效、节能的优良特性，使得虚拟驾驶系统的研究有重要的理论和实际意义，其产品具有广阔的市场空间。 论文构建了虚拟驾驶系统的整体功能框架和功能模块，系统的开发选用Visual Stdio 2005.NET的VC++为程序设计语言，图形引擎采用DirectX SDK9.0c。进行了三维实体建模，规划设计了三维驾驶场景，应用面向对象建模方法，确立了虚拟驾驶系统的车辆、行人的模型，根据汽车运动的规律，建立了汽车运动学模型，对主动驾驶车辆，设立了操控装置，配合方向盘，操控车辆在虚拟场景中运动。实现了虚拟驾驶系统的场景调度。应用桌面虚拟现实技术、游戏方向盘控制车辆运动，配合立体眼镜，实现了体视变换算法，生成了立体图像对。成功丌发了主动式、训练型的汽车虚拟驾驶系统。 训练时的真三维环境，运动模型的实时交互，操控装置的合理配置，给驾驶员提供了逼真的训练环境。以DirectX为基础实现的场景调度为系统的运行提供了良好的平台和保证，可实现视觉、听觉和触觉仿真的虚拟驾驶系统，具有研究和应用的双重价值。

目录

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声明

第一章绪论

1.1虚拟驾驶系统的背景

1.2虚拟驾驶系统的分类

1.3国内外的研究现状

1.4课题研究的意义

1.5论文的主要内容

第二章虚拟驾驶系统VDS-1的架构

2.1虚拟驾驶系统的关键技术

2.2桌面虚拟现实技术及应用

2.3 VDS-1系统的主要功能模块

2.4虚拟驾驶系统VDS-1的开发环境

2.4.1采用面向对象的程序设计方法

2.4.2 VDS-1系统的图形引擎

2.5虚拟场景的表示及显示过程

2.6虚拟驾驶系统的流程图

第三章VDS-1的视景子系统的设计

3.1虚拟场景的建立过程

3.2虚拟驾驶系统三维场景的导入与渲染

3.3 VDS-1系统的基本效果

3.3.1光影设置

3.3.2视景盒技术

3.4 VDS-1场景的雾化

3.5场景中行人的运动设计

3.6虚拟摄像机

第四章VDS-1系统中虚拟车辆的设计

4.1车辆的模型

4.2虚拟车辆类面向对象的设计

4.3车辆的运动学模型及车辆运动

4.4车辆的操控设计

4.5行车音效的设计

4.6车辆后视镜的设计

4.7虚拟驾驶系统VDS-1体视变换设计

第五章总结与展望

5.1主要研究工作总结

5.2 VDS-1系统的创新点

5.3 VDS-1系统存在的不足

5.4展望

致谢

参考文献

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攻读硕士学位期间参加的项目