山區(qū)高速公路人—車—路(環(huán)境)運行虛擬仿真系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、采用虛擬現(xiàn)實技術將真實的道路線形、路面狀況和交通環(huán)境通過計算機仿真對公路交通相關問題進行研究，是公路交通科技發(fā)展中的高科技手段。 我國山區(qū)高速公路安全保障體系不完善，行車安全存在極大隱患。 建立山區(qū)高速公路人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)，進行虛擬試驗，是對山區(qū)高速公路運行進行量化和可視化安全評價的有效技術手段。 然而，提高虛擬試驗的真實性和準確性，是仿真系統(tǒng)實用化的關鍵，直接影響安全評價結果的準確性，以及

2、相應安全工程措施的有效性，因此提高山區(qū)高速公路入-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)在山區(qū)高速公路安全評價過程中的逼真性、實時性和有效性有重要意義。 本研究在證明了虛擬現(xiàn)實技術在駕駛員道路安全感認知評價中可行性的基礎上，研究了虛擬仿真系統(tǒng)模型優(yōu)化技術、GIS融合的地形生成技術和逼真化場景模型的生成技術，并應用于山區(qū)高速公路人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)的創(chuàng)建，進行山區(qū)高速公路安全檢測與評價，研究的主要內容有： (

3、1)提出將虛擬現(xiàn)實技術應用于山區(qū)高速公路安全性評價，建立虛擬仿真體系的方法。分析了將人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)應用于山區(qū)高速公路安全性檢測和評價存在的運行速度、地形生成和真實感問題。在采用虛擬試驗手段、以模糊數(shù)學為工具，研究虛擬道路試驗技術可行性的基礎上，提出將虛擬現(xiàn)實技術應用于山區(qū)高速公路安全問題研究是可行的。 (2)研究了山區(qū)高速公路人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)的模型優(yōu)化技術。通過對LOD技術(多層次細

4、節(jié)技術)進行研究，研究在山區(qū)高速公路虛擬模型繪制過程中的多層次細節(jié)技術，選擇實時繪制模型時選擇LOD的方法，并研究LOD技術在虛擬高速公路虛擬仿真模型中的應用。 通過對Multigen Creator/Vega系統(tǒng)中實時剔除過程和繪制過程的分析、對紋理映射原理和算法分析、減少多邊形數(shù)量的方法分析、邊界體原理分析等，研究調整數(shù)據(jù)庫層次結構方法、紋理映射技術、邊界體技術等模型優(yōu)化技術在高速公路虛擬仿真模型中的應用。 (3)研

5、究了山區(qū)高速公路人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)的地形模型生成技術。在對地形模型的基礎數(shù)字高程模型(DEM)和三維地形的生成方法進行分析的基礎上，通過研究GIS原始地形數(shù)據(jù)轉換為建模使用的數(shù)據(jù)格式的方法，對基于GIS數(shù)據(jù)融合的高速公路地形生成系統(tǒng)進行研究。另外，通過對地形建模轉換算法的研究，選擇高速公路虛擬地形的轉換算法，并研究基于GIS數(shù)據(jù)融合的高速公路地形模型生成系統(tǒng)在實際的高速公路地形生成中的應用。 (4)研究了山區(qū)

6、高速公路人-車-路(環(huán)境)聯(lián)合運行虛擬仿真系統(tǒng)中的逼真化場景實現(xiàn)技術。基于光照模型和著色模式的原理，研究光照技術在高速公路虛擬仿真系統(tǒng)中的應用。通過MultiGen Crcator/Vega虛擬仿真實時漫游系統(tǒng)走樣現(xiàn)象的分析，研究反走樣技術來提高場景的真實感。通過非真實感繪制技術的研究，研究動漫原理在山區(qū)高速公路虛擬仿真系統(tǒng)中的應用。并基于模糊數(shù)學的模糊綜合評判方法，研究虛擬山區(qū)高速公路場景的逼真度評價方法。 (5)研究模型優(yōu)化

7、技術、GIS融合的虛擬地形仿真系統(tǒng)和逼真化場景實現(xiàn)技術在虛擬山區(qū)高速公路建模和場景驅動中的應用，并通過仿真試驗，進行模型優(yōu)化效果評價研究和場景逼真度評價研究，還研究了西漢高速虛擬仿真系統(tǒng)在安保工程設施設計中的應用。 綜上所述，本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)將LOD技術、調整數(shù)據(jù)庫層次結構方法、紋理映射技術、邊界體技術等模型優(yōu)化技術應用于山區(qū)高速公路虛擬仿真系統(tǒng)中，以減小大規(guī)模虛擬場景數(shù)據(jù)庫模型的多邊形數(shù)量