基于攝像頭交互的虛擬汽車駕駛研究

葛俊

(泰州市公路管理處 225300)

基于攝像頭交互的虛擬汽車駕駛研究

葛俊

(泰州市公路管理處 225300)

本文就以基于攝像頭交互的虛擬汽車駕駛研究為題展開了相關(guān)的研究工作，設(shè)計出了一種汽車虛擬駕駛系統(tǒng)，利用混合現(xiàn)實手段來實現(xiàn)對汽車的虛擬駕駛體驗。通過攝像頭作為交互媒介，通過打印出一張方向盤圖案將之放置于攝像頭前來實現(xiàn)汽車虛擬駕駛。此種虛擬汽車駕駛方式在成本費用上優(yōu)勢顯著，是一種有效的虛擬交互手段，具備有一定的商業(yè)價值。

攝像頭；視覺交互；汽車駕駛

1 概述

模擬駕駛系統(tǒng)的設(shè)計，必須要能夠提供以三維場景下的汽車虛擬環(huán)境，而主要的交互手段即為攝像頭與一張帶有標記的打印紙來充當(dāng)模擬駕駛方向盤。其具體操作過程即為在攝像頭前對打印紙進行轉(zhuǎn)動與遮擋，從而促使系統(tǒng)能夠?qū)⒓垙埖奈恢酶淖兣c標記狀態(tài)進行計算分析，從而來實現(xiàn)對虛擬車輛的有效掌控[1]。

2 算法設(shè)計

本次研究所設(shè)計出的基于攝像頭交互的虛擬汽車駕駛系統(tǒng)主要是由三部分所構(gòu)成：攝像頭交互視覺模塊、三維視景模塊、物理模擬模塊。其中攝像頭交互視覺模塊是該系統(tǒng)當(dāng)中最為重要的一部分。下文將就在系統(tǒng)設(shè)計中所涉及到的一些具體算法來展開具體分析。

2.1 建立坐標系

要想實現(xiàn)對虛擬場景內(nèi)的汽車實現(xiàn)駕駛操控，便要能夠把攝像頭所獲得的視頻數(shù)據(jù)，以及虛擬場景中的汽車操控，構(gòu)建起互相對應(yīng)的一種關(guān)系。在此方面主要牽涉到三處坐標系統(tǒng)，也就是攝像頭坐標系統(tǒng)、世界坐標系與圖像坐標系。標定紙位于世界坐標系當(dāng)中，攝像頭存在于其自身的坐標系統(tǒng)當(dāng)中。

攝像頭可通過獲取標定信息來把所對應(yīng)的世界坐標轉(zhuǎn)換至自身坐標系之下，而后再利用針孔攝像機模型，把攝像頭坐標之下的坐標轉(zhuǎn)換至屏幕圖像坐標系之下[2]。通過這一坐標轉(zhuǎn)變處理，便可把真實場景內(nèi)的標定紙坐標反映到虛擬場景當(dāng)中，由此也便就實現(xiàn)了對虛擬汽車的控制。

2.2 三維顯示及物理模擬

鑒于3D場景僅提供汽車在駕駛過程中通過駕駛室所觀察到的局部信息，為了能夠給予應(yīng)用者提供更加詳盡的方位信息，系統(tǒng)還結(jié)合了谷歌地圖來提供2D地圖信息。2D地圖顯示是利用谷歌地圖API編程來完成的，對于方位信息的確定則是利用JavaSeript調(diào)用，把主程序內(nèi)的汽車位置傳導(dǎo)至谷歌地圖，同時對每一量模擬車輛均給予后視鏡效果。

為確保虛擬場景中的汽車行駛能夠更加符合于真實場景下的狀況，就必須要應(yīng)用到物理模擬，也就是碰撞檢測以及碰撞響應(yīng)處置，對于車輛在發(fā)生碰撞情況以及加減速、轉(zhuǎn)彎等情況下所出現(xiàn)的晃動程度進行充分模擬。進而便可依據(jù)物理模擬所獲得的結(jié)果來予以響應(yīng)，并對車輛的實際運行狀況與其余相關(guān)活動物狀態(tài)定期予以更新。這一物理狀態(tài)所發(fā)生的改變也將實時傳導(dǎo)至視景系統(tǒng)當(dāng)中，并通過對3D圖像的更新來予以顯示。

3 結(jié)果分析

用戶通過對標定紙的旋轉(zhuǎn)及標識遮擋等操作，便可實現(xiàn)對虛擬場景內(nèi)的車輛進行操控。在實際檢驗的過程中，顯示環(huán)境光也會導(dǎo)致圖像數(shù)據(jù)的識別效果受到一定程度的干擾，對于虛擬汽車在進行操控時也會發(fā)生一定的影響。然而怎樣調(diào)整在不同環(huán)境光照之下的辨別率并非交互研究的關(guān)鍵，因此對此不展開更加深入的探討。

因采用黑白方塊充當(dāng)標識，在對比度方面效果較為突出，由此也可促使算法能夠更好的進行識別。但應(yīng)注意在用戶所操控的標定紙脫離攝像頭的覆蓋范圍后，系統(tǒng)便會出現(xiàn)暫時性的盲狀態(tài)，此時只要標定紙重新回到攝像頭的覆蓋范圍內(nèi)系統(tǒng)便可恢復(fù)正常[3]。在整個系統(tǒng)的運行界面中采用紅色來標識各窗口的作用，視頻監(jiān)視窗口當(dāng)中不同類型標定信息則選用多種顏色與粗細程度不同的線框來予以標示區(qū)分。

4 結(jié)束語

上述研究操作簡便，可以為駕駛汽車類的游戲開發(fā)提供新的思路，具備一定的商業(yè)價值。然而其缺陷也較為明顯，即還不能夠產(chǎn)生出和仿真方向盤完全相同的操作感受，這也在很大程度上使得其在汽車虛擬駕駛方面的應(yīng)用以目前僅可被用在數(shù)字娛樂方面，與更加真實的虛擬駕駛體驗還有一段距離。

[1]徐森,宋順林.虛擬汽車駕駛場景中復(fù)雜路況的光電圖像仿真[J].計算機仿真,2013,30(1).

[2]王欣,方東.簡便汽車駕駛教練仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報,2015,17(8).

[3]李安格.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,(28).

U471

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葛俊 （1963—），大專，技師，研究方向為汽車駕駛。