基本信息
- 项目名称：
- 虚拟交通场景编辑系统开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 作品基于道路勘测设计、交通工程等理论，结合实时计算机图形技术开发而成。软件系统包括道路路线设计、道路模型生成、道路附属设施布设、地形编辑等主要功能。实现了场景编辑、生成、预览的一体化，用户可在三维环境中进行实时编辑，具有易操作、精度高、高效率等特点。此作品可应用于交通安全教育、道路设计、驾驶培训等领域。
- 详细介绍：
- 1、 作品简介： 作品基于道路勘测设计、交通工程等理论，结合实时计算机图形技术开发而成。软件系统包括道路路线设计、道路模型生成、道路附属设施布设、地形编辑等主要功能。实现了场景编辑、生成、预览的一体化，用户可在三维环境中进行实时编辑，具有易操作、精度高、高效率等特点。此作品可应用于交通安全教育、道路设计、驾驶培训等领域。 2、 作品创新点 1） 利用实时图形渲染技术，实现了场景设计道场景加载的无缝衔接： 2） 将虚拟现实技术与道路设计及交通工程相组合，实现了道路场景模块化设计及模型的自动化生成。 3、 关键技术 1） 综合利用技术规范和道路设计数据，在软件中实现道路的快速、规范生成； 2） 根据地形高程数据和道路设计线形数据，利用地物匹配算法实现二者边缘的渐变融合； 3） 基于实时图形渲染技术，实现虚拟交通场景的编辑、浏览等交互操作功能。 4、 应用前景 1） 软件实现了虚拟交通场景的动态生成，能用于交通安全教育、道路评估等领域； 2） 本软件生成的虚拟场景逼真，可供驾驶模拟器直接加载，用于驾驶模拟培训等领域
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的 针对目前交通场景编辑预览和生成技术手段存在瓶颈问题，本作品对虚拟交通场景高效、自动生成问题展开了研究。主要目标如下： 1、基于现有软件平台，开发出一款可应用于多个领域的虚拟交通场景编辑系统，可应用于道路设计，并将道路设计数据自动生成所需的三维场景文件，实现道路设计和交通环境到汽车驾驶模拟器的无缝加载 2、快速生成的虚拟交通场景，降低虚拟交通场景的生成难度，实现对交通场景的即时预览，设计效果修改和完善方便。 3、通过该软件生成的虚拟交通环境，支持行人、交通规则和交通事件的自动生成，从而实现在特定交通场景中对驾驶员交通安全意识的改善和操作技能的提升。 基本思路 该系统： （1 ）实现了道路设计数据到三维可视数据的编辑、转换以及交通场景的自动、快速生成； （2 ）实现了场景编辑和漫游一体化功能； （3 ）支持在场景中根据交通规则和培训目的自动生成动态交通事件，实现有针对性的交通安全实验和技能培训。 创新点 1、利用实时图形渲染技术，实现了场景设计到场景加载的无缝衔接； 2、将虚拟现实技术与道路设计及交通工程相结合，实现了道路场景模块化设计及模型的自动化生成。 关键技术 1、综合利用技术规范和道路设计数据，在软件中实现道路的快速、规范生成； 2、根据地形高程数据和道路设计线形数据，利用地物匹配算法实现二者边缘的渐变融合； 3、基于实时图形渲染技术，实现虚拟交通场景的编辑、浏览等交互操作功能。
科学性、先进性
- 科学先进性 1、软件基于开源的实时三维渲染引擎OGRE 制作，实现设计、预览、生成一体化功能，技术先进； 2、软件实现了地物匹配，根据地形数据和道路设计数据，实现了虚拟道路与虚拟环境的融合，场景真实； 3、软件采用所见即所得编辑模式，编辑时能够实施在线预览，设计效率高； 技术路线 软件基于开源的实时三维渲染引擎OGRE，通过程序方式实现了虚拟交通场景的设计、预览、修改等功能。 （1）边缘融合。本软件研究了边缘融合算法，在平台中实现了算法，实现了道路边线与地形的融合。 （2 ）场景生成。利用交通场景编辑系统对道路进行生成之后，进行道路环境的生成，包括交通标志标线，交通信号灯，交通流等参数的设计设置，进而自动生成场景文件，供驾驶模拟试验平台直接加载。 （3 ）实时漫游。该软件设计过程中，实现了虚拟道路交通环境漫游功能，对虚拟场景设计成果进行直观体验。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品于2010 年 12 月在“武汉理工大学第十届‘创新杯’、大学生科技文化节之大学生课外学术科技竞赛”中荣获信息技术类作品特等奖。 “武汉理工大学第十届 ‘创新杯’大学生科技文化节之“大学生课外学术科技竞赛”由共青团武汉理工大学委员会、武汉理工大学学生科学技术协会、学生科学技术协会共同举办。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 磁盘、展板、图片、录像、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点与作品优势 1、软件实现道路编辑、模型生成、效果预览一体化，开发更高效，难度显著降低 ； 2、软件实现虚拟道路交通环境漫游功能，对道路设计成果体验直观； 3、软件实现交通事件动态生成，为特定场景驾驶培训和交通行为研究等提供场景； 4、虚拟道路场景可在汽车驾驶模拟器上直接加载， 供驾驶体验和相关数据的采集，也可为驾驶员培训和相关道路研究提供平台。 适应范围 作品软件生成的虚拟场景可供驾驶模拟器直接加载，用于模拟驾驶培训等领域；此外，虚拟场景中交通事件的动态生成功能，能用于交通安全研究、道路设计等领域。 市场分析与经济效益预测 以行人交通安全教育为例，据统计，中国道路交通事故与行人直接有关的约占总数的 1/3 左右，步行交通方式死亡人数为事故总死亡人数的25%左右，可见行人急需进行交通安全教育，市场潜力巨大。软件系统实时监测用户操作的行人的交通行为，纠正用户的不良交通行为，教育用户安全出行，为人民的生命安全带来保障，社会效益显著。
同类课题研究水平概述
- 虚拟交通场景开发系统现状 国外对道路虚拟场景开发研究的起步较早，技术也相对成熟，并推出了一些较为成熟的道路场景开发编辑的系统。比如日本开发的UC-Winroad 软件，可在软件中直接进行道路的路线设计，生成道路的三维可视场景，并且加入了道路附属设施的设置等，配套开发了一套基于UC-Winroad 软件的汽车驾驶模拟器。我国在道路虚拟环境的开发上的研究起步比较晚，但也取得了一定的成果。如武汉理工大学高嵩等提出利用土木设计软件Civil 3D 导出道路线元数据，再进行数据的处理和渲染得到道路的三维场景的方法。昆明理工大学的李国华等提出先完成的道路成果表、逐桩坐标表、道路平面坐标和纵断面高程等的计算，再把设计成果中独立的直线段、圆曲线和缓和曲线按桩号拼接起来，从而实现道路三维场景建模。孙海洋等采用模型优化算法，使得计算机上进行大场景漫游成为可能。高晗等提出了基于OpenGL 的虚拟场景开发方法。涂圣文等以MultGen Creator/Vega为平台，建立道路工程三维仿真系统的一般过程。这种方法虽然能实现三维场景的生成，但过程不够简洁，效率不理想，专业性要求较高。 综合目前的虚拟场景生成方法，总结得出以下几点不足： 开发效率较不高，开发过程浪费人力物力，冗余数据多，无法供计算机实时渲染开发场景难度较大，需要专业人士来完成，开发方法难以普及 本研究在此背景下围绕面向驾驶仿真的道路场景编辑关键技术开展研究，致力于开发一套用于汽车驾驶模拟器的道路交通场景编辑软件。通过对自己设计的道路算法的编程实现，用C++语言开发了一套虚拟交通场景编辑软件。该研究工作不仅能促进模拟器开发技术的发展，而且有助于交通工程与计算机技术的交叉融合，对交通工程学科发展具有重要意义。
