iData_车载仪表仿真的形态逼真度研究

Abstract： Virtual vehicle instrument system is an important part of human_computer interaction interface of the intelligent display terminal in vehicle． In view of the characteristics that complex presentation and high accuracy requirement of the reappearance of the virtual instrument in existing vehicle intelligent terminal，in this paper，on the basis of analyzing the characteristics of the rail vehicle on_board instrument display，we defined the concept and connotation of shape fidelity of instrument simulation． We then established the motion algorithms of the complex elements based on real_time rendering and image rotation and proposed two kinds of shape fidelity error correction method： the pointer_dial coupling error correction and image rotation distortion correction． We improved the shape fidelity of vehicle instrument simulation and use EMU DMI as an example to give a validation to the algorithm． The simulation results show that the effect of vehicle instrument realized by above methods has high shape fidelity under the algorithm which can effectively realize all display in the existing vehicle instrument in our country and has a strong engineering practicality and generality． Key words： intelligent vehicle display terminals； virtual vehicle instrument； shape fidelity； fidelity error correction 现代列车上广泛采用智能液晶显示终端取代了 传统机电仪表， 使信息呈现方式的多样化成为了可 能． 信息在显示器上的呈现方式已经成为影响作业 者信息获取的一个重要因素． 虚拟车载仪表是列车 车载智能终端人机界面交互的一种重要的信息显示 形式， 目前列车智能显示终端虚拟车载仪表 ， 除提供 速度信息之外， 还需要提供允许速度、 目标速度、 干 ． 《 CTCS_3 预速度及开口速度等信息 在 级列控车载
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仪表仿真形态逼真度 形态逼真度的定义
对于仪表仿真形态逼真度目前还没有一个准确 的定义． 仿真的逼真度是评价仿真有效性和可信度
［2 ］ 的工具 ． 目 前 相 关 文 献 资 料 对 逼 真 度 的 定 义 不 一， 逼真度实现研究组 FISG 认为： 逼真度是模型或
仿真以一种可测量或可感知的方式再现真实世界对 象的状态和行为或真实世界对象 、 特征、 环境和选择 的标准的感知的程度
Ｒesearch on the shape fidelity of vehicle instruments simulation
FANG Weining， WANG Peng
（ State Key Laboratory of Ｒail Traffic Control and Safety，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044 ，China）
交
通
大
学
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第 38 卷
设备人机界面显示规范 》 中对列车处于 10 种状态 下的虚拟车载仪表的显示规则都给出了详细的说 明， 每种状态下组成仪表不同元素的大小 、 位置和颜 这种新的虚拟仪表仿真动态实现 色都会发生变化， 过程比普通仪表更复杂． 在列车车载智能显示终端 人机交互界面设计中， 再现的逼真程度是影响仪表 仿真品质的重要因素． 由于虚拟车载仪表显示需求 的复杂性， 如果形态的呈现方式失真， 往往代表着另 一种不同的列车状态， 这将直接影响车载仪表仿真 的准确性． 因此， 需要研究相应的实现方法， 以满足 列车智能显示终端的需求．
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γ12 + γ21 = α1 ， γ22 + γ31 = α2 ， γ32 + γ41 = α3 ， γ42 + γ51 = α4 ， γ52 + γ11 = α5 ， （ 3） β1 + β2 + β3 + β4 + β5 = 2 π E 0 A3 、 该 非 线 性 方 程 组 中， 未 知 参 数 E 0 A2 、 E 0 A4 、 E 0 A5 、 γ12 、 γ21 、 γ22 、 γ31 、 γ32 、 γ41 、 γ42 、 γ51 、 γ52 、 β1 、 β2 、 β3 、 β4 、 β5 共 18 个， 方程共有 21 个， 方程组有唯 一解． 当该五边形绕原点旋转 δ 度时， 设点 E0 转动后 b2 ） ， 的点为 E1 （ a2 ， 如图 3 所 示． 根 据 坐 标 旋 转 公 式， 有 a2 = a1 cos δ － b1 sin δ （ 4） b2 = b1 cos δ + a1 sin δ （ 5） 则五边形上点 A1 在以 O 为圆心的坐标轴的运动可 b2 ） 的转 分解为平行于 x 轴的运动和绕点 E1 （ a2 ， 动． 则其坐标为 x' 1 = （ a1 + E1 A' 1 cos ε） cos δ － （ b1 + E1 A' 1 sin ε） sinδ = a2 + E1 A' 1 cos（ ε + δ） ， y' 1 = （ b1 + E1 A' 1 sin ε） cos δ + （ a1 + E1 A' 1 cos ε） sin δ = b2 + E1 A' 1 sin（ ε + δ） 式中 ε 是 E0 A1 与 x 轴之间的夹角． （ 6）
［3 ］
． Stewart Ｒobinson 认为逼真
度是仿 真 数 据 与 真 实 世 界 测 量 数 据 相 符 合 的 程 ［4 ］ 度 ． 车载仪表仿真逼真度指虚拟车载仪表与现实 车载仪表相似的程度． 车载智能终端虚拟仪表的主要功能是显示， 即 及时、 准确、 精确地提供数值或状态信息给操作人 员． 本文作者探讨的车载仪表仿真的形态逼真度是 指组成仪表的元素按照给定的组合形式、 运动规律 和自身状态， 准确提供列车的信息状态． 1. 2. 2 形态逼真度的内涵 合理确定逼真度内涵是仿真系统开发成功的关 键． 车载智能信息显示交互终端是人机交互的界面 ． 界面元素形态逼真度对于用户在模拟器中的真实体 验是至关重要的． 对于车载仪表来讲， 其形态逼真度 主要体现在 4 个方面： 1 ） 仪表盘的形态逼真度． 仪表盘的大小、 位置、 刻度间距、 形状、 颜色等必须与实际车载仪表一致， 当仪表盘需要根据情况变化以表示列车状态时 ， 应 该可以迅速满足这种需求． 2 ） 指针的形态逼真度． 指针的形态对仪表整体 逼真度的影响是至关重要的， 车载仪表显示规范中 对指针的各个组成部分的形状、 大小、 颜色给出了细 致的要求． 在列车运行过程中， 指针大多数时间处于 运动状态， 因此， 除需要保证指针符合显示规范外， 还需要保证指针的形态在运动过程中不发生明显的 形变． 3 ） 指针与仪表盘耦合的形态逼真度 ． 在指针运 动过程中， 应保证指针在任意角度能够准确指向相 应的仪表盘刻度线． 指针转动中心应于仪表盘圆心 相重合， 以保证不出现转动偏差． 4 ） 其他元素（ 包括数值式显示等 ） 的形态逼真 ． 度 应保证其形状、 颜色、 大小与规范相符合， 在运动 过程中， 可以及时适应相应列车状态的变化 ．
第4 期
第 38 卷 第 4 期 2014 年 8 月
北 京 交 通 大 学 学 报 李德才等： 新型磁性液体密封 JOUＲNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVEＲSITY
Vol． 38 No． 4 Aug． 2014
0291 （ 2014 ） 04000707 文章编号： 1673-
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车载仪表仿真中的形态逼真度分析
轨道车辆车载仪表的显示特点
现代轨道交通车辆中的智能液晶显示终端实质 上均由仿真界面构成， 其界面组成、 显示内容和呈现 方式与 传 统 机 电 类 仪 表 相 比 都 发 生 了 巨 大 的 变 ［1 ］ 化 ． 如图 1 所示具有代表性的速度表， 其界面不再 由表盘和指针相应的车载速度表部分构成 ， 而是由 数字速度值、 指针、 表盘、 环形速度光带和限速标志 等部分构成． 在显示内容上， 除提供速度信息外， 还 要提供其他需要监控的速度信息 ． 在呈现形式上， 除 由指针和表盘组合的方式表示出速度值外 ， 还提供 了数字式的精确认读方式． 此外， 部分虚拟车载仪表 在表盘周围增加了速度光带， 并以这种形式提供列 、 紧急制动速度等信 车驾驶中的推荐速度 目标速度、 通过数字式速度值和文本颜色的 息． 当列车运行时， 变化， 指针的颜色和位置变化， 速度光带的弧度大小 和颜色变化来表示列车运行中所处的不同状态 ． 这 种新型的仪表形式给仿真实现过程带来了挑战 ． 在 传统的仪表呈现方式中， 仅仅描述出单一的仪表值 已经达不到现代虚拟车载仪表的要求 ．