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一种基于 虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统

阅读：1024发布：2020-05-18

专利汇可以提供一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统。该系统基于虚拟现实技术模拟汽车驾驶人员常见的危险驾驶行为及相应交通事故场景，通过头盔显示器、音响与力反馈装置对危险驾驶场景进行真实展现。体验系统通过与驾驶员视觉、听觉和触觉的交互来仿真真实驾驶的体验，通过危险驾驶导致的验证交通事故惨烈场面，如惨烈的交通事故画面、音效以及强烈的座椅振动冲击，达到交通警示安全教育的目的。本发明提出的系统有助于提高驾驶员在实际驾驶过程中难以亲身体验的危险驾驶行为及其严重后果，增强驾驶员对危险驾驶行为的警惕性，建立良好的驾驶习惯，提升道路交通安全水平，在科研与商业领域都有重要的应用前景。，下面是一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，其特征在于：由模拟驾驶操纵装置、高性能图形工作站、多感官交互终端组成；所述高性能图形工作站运行有虚拟现实引擎；
驾驶员通过模拟驾驶操纵装置与高性能图形工作站进行交互，交互信号通过USB端口传输到高性能图形工作站进行处理；高性能图形工作站根据驾驶交互信号，利用虚拟现实引擎生成各种违章驾驶体验场景；这些违章驾驶体验场景通过HDMI与USB端口传输到多感官交互终端中进行呈现。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，其特征在于：所述高性能图形工作站运行的虚拟现实引擎基于成熟的Unity 软件，通过USB端口接收来自汽车驾驶模拟器所产生的驾驶交互信号，根据交互信号驱动引擎绘制当前的虚拟现实场景；整个虚拟现实视景由Mesh模型构成基础的三维地形，而街景中的建筑物等人工场景，则通过建筑物三维模型布置到地形上来建立；虚拟现实引擎所生成的视景画面、音响特效与震动信号，通过HDMI与USB 接口输出到多感官交互终端中进行呈现。
3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，其特征在于：所述虚拟现实引擎，包含城市道路酒后驾驶体验场景和高速公路超速驾驶场景；其中，城市道路酒后驾驶体验场景中，设计夜晚低照度、目视距离短、道路中车流密集、多处红绿灯路口等特点的城市道路环境，操控系统引入眩晕、视线模糊、视景小幅晃动、操控延迟等酒后驾驶体验，并设计有突然横穿马路的行人，闯红灯的电动车，后车变道超车等常见突发事件增加驾驶难度；高速公路超速驾驶场景中，设计有施工道路突然变窄，跟车过紧前车急刹车，前方大货车侧翻，前车近距离变道、下坡急转弯、超速过程中爆胎等情景。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，其特征在于：所述驾驶操纵装置由汽车方向盘、换挡手柄、刹车踏板与油门踏板等交互装置组成；
这些交互装置所产生的交互信号通过USB信号传递给高性能图形工作站。
5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，其特征在于：所述多感官终端包括虚拟现实头盔显示器、音响装置与力反馈装置等；其中，虚拟现实头盔显示器，在视景画面中，通过左右两路视频信号生成相应的视差信号，呈现在头盔显示器左右屏幕上，获取三维立体的显示效果；音响装置中呈现正常驾驶过程的汽车音效、加速减速音效，在违章驾驶体验场景造成汽车碰撞事故过程中，产生震撼惨烈的碰撞音效；力反馈装置在违章驾驶体验场景中造成汽车碰撞过程激发，通过不同的震动强度输出，模拟不同程度的碰撞特效。

说明书全文

一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统

技术领域

[0001] 本发明属于虚拟现实技术领域，特别涉及一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统。

背景技术

[0002] 随着道路交通状况的日益复杂，传统的驾校训练及考试模式暴露出了一项严重问题：出于对培训成本的考虑而不是日后驾车的真实需求，驾校往往是针对考试要点进行加强训练，缺乏对实际驾驶中各项危险驾驶行为的警示安全培训。当学员拿到驾照真正开始上路时，对自身危险驾驶的行为没有警惕性，如无法正确控制车速，或喝酒后依然坚持开车，易发生超速驾驶、酒后驾驶等违法行为，从而造成事故频发。地面交通过程中的危险驾驶行为往往是造成交通事故的主要原因，尤其是酒后驾驶和超速驾驶两种行为中，驾驶员认知能力受限、反应能力下降，一旦遭遇突发的交通紧急场景，经常会反应不及时，形成误操作，造成严重的交通事故。针对酒后驾驶和超速行驶这两种极易发生事故的应激交通场景，设计相应的驾驶培训环境，使得驾驶员能够在虚拟现实环境中获得等同真实驾驶环境的驾驶体验，获取宝贵的应激交通场景驾驶经验，保证后续真实驾驶过程的安全性。

发明内容

[0003] 本发明的目的是：

[0004] 解决能够模拟危险驾驶导致惨烈交通事故的交通警示安全教育问题，提出一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统。

[0005] 本发明的技术解决方案是：

[0006] 一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，由模拟驾驶操纵装置、高性能图形工作站、多感官交互终端组成；所述高性能图形工作站运行有虚拟现实引擎；

[0007] 驾驶员通过模拟驾驶操纵装置与高性能图形工作站进行交互，交互信号通过USB端口传输到高性能图形工作站进行处理；高性能图形工作站根据驾驶交互信号，利用虚拟现实引擎生成各种违章驾驶体验场景；这些违章驾驶体验场景通过HDMI与USB端口传输到多感官交互终端中进行呈现。

[0008] 所述驾驶操纵装置由汽车方向盘、换挡手柄、刹车踏板与油门踏板等交互装置组成；这些交互装置所产生的交互信号通过USB信号传递给高性能图形工作站。

[0009] 所述高性能图形工作站运行的虚拟现实引擎基于成熟的Unity 软件，通过USB端口接收来自汽车驾驶模拟器所产生的驾驶交互信号，根据交互信号驱动引擎绘制当前的虚拟现实场景；整个虚拟现实视景由Mesh模型构成基础的三维地形，而街景中的建筑物等人工场景，则通过建筑物三维模型布置到地形上来建立；虚拟现实引擎所生成的视景画面、音响特效与震动信号，通过HDMI与USB 接口输出到多感官交互终端中进行呈现；所述虚拟现实引擎，包含城市道路酒后驾驶体验场景和高速公路超速驾驶场景；所述城市道路酒后驾驶体验场景中，设计夜晚低照度、目视距离短、道路中车流密集、多处红绿灯路口等特点的城市道路环境，操控系统引入眩晕、视线模糊、视景小幅晃动、操控延迟等酒后驾驶体验，并设计有突然横穿马路的行人，闯红灯的电动车，后车变道超车等常见突发事件增加驾驶难度；所述高速公路超速驾驶场景中，设计有施工道路突然变窄，跟车过紧前车急刹车，前方大货车侧翻，前车近距离变道、下坡急转弯、超速过程中爆胎等情景。

[0010] 所述多感官终端包括虚拟现实头盔显示器、音响装置与力反馈装置等；所述虚拟现实头盔显示器，在视景画面中，通过左右两路视频信号生成相应的视差信号，呈现在头盔显示器左右屏幕上，获取三维立体的显示效果；所述音响装置中呈现正常驾驶过程的汽车音效、加速减速音效，在违章驾驶体验场景造成汽车碰撞事故过程中，产生震撼惨烈的碰撞音效；所述力反馈装置在违章驾驶体验场景中造成汽车碰撞过程激发，通过不同的震动强度输出，模拟不同程度的碰撞特效。

[0011] 本发明具有的优点是：

[0012] 利用虚拟现实技术设计驾驶交通场景，能够克服传统交通安全警示教育过程中难以亲身体验在实际道路中的危险驾驶行为及其严重后果的局限。设计容易造成严重交通事故的危险驾驶行为场景，使受教育者在系统中能够安全地体验高度沉浸的驾驶体验、身临其境的驾驶感受，利用惨烈的交通事故现场对驾驶员达到警示教育目的。一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统有助于提高驾驶员在实际驾驶过程中难以体验的危险驾驶行为的危害，增强驾驶员对自身危险驾驶行为的警惕性，建立良好的驾驶习惯，提升道路交通安全水平，在科研与商业领域都有重要的应用前景。附图说明

[0013] 图1为本发明的系统原理框图；

[0014] 图2为城市道路酒后驾驶体验过程示意；

[0015] 图3为高速公路超速驾驶体验过程示意。

具体实施方式

[0016] 参见附图1，本发明中，主要关注容易造成交通事故的违章驾驶场景，特别设计了城市道路酒后驾驶体验场景和高速公路超速驾驶场景等多种违章驾驶情景。鉴于上述场景，提出一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统，由模拟驾驶操纵装置、高性能图形工作站、多感官交互终端组成；所述高性能图形工作站运行有虚拟现实引擎；

[0017] 驾驶员通过模拟驾驶操纵装置与高性能图形工作站进行交互，交互信号通过USB端口传输到高性能图形工作站进行处理；高性能图形工作站根据驾驶交互信号，利用虚拟现实引擎生成各种违章驾驶体验场景；这些违章驾驶体验场景通过HDMI与USB端口传输到多感官交互终端中进行呈现。

[0018] 参见附图2，以该系统城市道路酒后驾驶体验过程为例，具体实施步骤如下：

[0019] 第一步，在交通安全沉浸式体验环境中设置系统体验所需的街景环境和自动行驶的其他车辆，在街景指定位置中设置相应的体验关口，设置汽车到指定的道路起点位置，设置驾驶员在虚拟汽车的驾驶位置以第一视角查看地面交通环境。驾驶员根据系统画面指引对汽车进行控制，漫游预先指定的驾驶路线。操控系统引入眩晕、视线模糊、视景小幅晃动、操控延迟等效果；

[0020] 第二步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口一所指定的位置一定范围内，触发关口一设置的体验程序。此时，有行人和非机动车辆闯红灯，如果驾驶员不及时减速慢行，则会撞到行人和非机动车辆。根据关口设置显示碰撞特效、音响特效以及行人受伤喷血的特效，突出体验酒驾时刹车困难、危险性强；

[0021] 第三步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口二所指定的位置一定范围内，触发关口二设置的体验程序。此时，有重型卡车迎面逆向行驶，如果驾驶员不及时避让，则会撞到重型卡车。根据关口设置显示碰撞特效、火焰特下以及烟雾特效，与汽车力反馈振动特效，突出酒驾时避让困难、危险性强；

[0022] 第四步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口三所指定的位置一定范围内，触发关口三设置的体验程序。此时，后车变道超车，如不注意，结合酒驾场景中车辆驾驶过程中轻微的方向偏移，极易触发追尾事故。根据关口设置显示碰撞特效、烟雾特效与汽车力反馈振动特效，突出酒驾时注意力不集中、操控困难；

[0023] 第五步，在驾驶员按照既定路线完成驾驶体验后，输出体验结束画面，完成体验。

[0024] 在高速公路超速驾驶场景中，设计了前方大货车侧翻、下坡急转弯、超速过程中爆胎等情景，使体验人员深刻意识到高速公路超速驾驶的危险性。

[0025] 参见附图3，以该系统高速公路超速驾驶体验过程为例，具体实施步骤如下：

[0026] 第一步，在交通安全沉浸式体验环境中设置系统体验所需的街景环境和自动行驶的其他车辆，在街景指定位置中设置相应的体验关口，设置汽车到指定的道路起点位置，设置驾驶员在虚拟汽车的驾驶位置以第一视角查看地面交通环境。驾驶员根据系统画面指引对汽车进行控制，漫游预先指定的驾驶路线；

[0027] 第二步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口一所指定的位置一定范围内，触发关口一设置的事故体验程序。此时，前方有大货车侧翻事故，如果驾驶员不保持足够车距并及时减速并避让，则会撞到事故车辆。根据关口设置显示碰撞特效、音响特效以及驾驶员受伤喷血的特效，突出体验超速驾驶时刹车困难、危险性强；

[0028] 第三步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口二所指定的位置，道路环境设置为下坡伴随急转弯路况。此时，如果驾驶员不减速，则会冲出道路。根据关口设置显示碰撞特效、火焰特下以及烟雾特效，与汽车力反馈振动特效，突出超速时拐弯困难、危险性强；

[0029] 第四步，当汽车在虚拟现实环境中到达关口三所指定的位置一定范围内，触发关口三设置的爆胎体验程序。此时，左前胎爆胎，结合车身向左偏移，如果驾驶员不能握紧方向盘，极易撞向护栏造成事故。根据关口设置显示碰撞特效、烟雾特效与汽车力反馈振动特效，突出高速超速易引发爆胎，危险性强；

[0030] 第五步，在驾驶员按照既定路线完成驾驶体验后，输出体验结束画面，完成体验。

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一种基于虚拟现实技术的交通安全沉浸式体验系统

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发明内容

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