虚拟现实技术在汽车驾驶领域的应用

虚拟现实技术在汽车驾驶领域的应用

随着第三次工业革命的迅猛发展，计算机这个众所周知的高级人类助手早已融入人类生活。然而人类从未停止对其内部技术及应用潜能的发掘，渐渐的，一个新的代名词出现了——VR（虚拟现实），为了进一步了解它的内部技术并拓展应用，该作者通过摘取科技知识以及运用自身对专业知识的了解能力编写此文。巧妙而成功地得出一部分该技术在汽车驾驶领域的应用。

标签：虚拟现实；汽车驾驶；虚拟世界

1 VR的简介

VR，相信大部分人对其早有耳闻，一个令众多年轻人和专业高新技术研究者为之癫狂的东西，即Virtual Reality，虚拟现实技术。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。它是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。然而，它并非是近几年被提出的，它蕴含着丰富而悠久的发展历史。四个阶段有声形动态的模拟是蕴涵虚拟现实思想的第一阶段（1963），虚拟现实萌芽为第二阶段（1963-1972），虚拟现实概念的产生和理论初步形成为第三阶段（1973-1989），虚拟现实理论进一步的完善和应用为第四阶段（1990-2004）。而21世纪10年代以后人类对其技术及应用的考察更为热烈。[1]

2 VR对于人类的意义及主要原理

VR的出现究竟有着怎样的意义？这是人们一直在思考的问题。众所周知，计算机，一种高速计算的电子计算机器。人类大脑能力固然有限，在20世纪为了发明设计一种协助人类大脑完成更多先进高级的成就，探索科技发展的极限，它诞生了。随着它的普及，它给人类带来的高级享受固然是不可小觑的，然而，这种东西被越来越多的人认定为一种将众多零件（硬件和软件系统）拼装而成的高级机械。其内部具有高级计算程序可协助人类完成各种高难度高强度的工作。这个时代虽然科技超前，但渐渐的，人类开始追求人性的不可替代性。人们追求着可以将这种内部高级技术应用到更加贴近人性，添补现代人类生活的空虚的一种领域，也就意味着VR技术出现的必然性。烦闷的现实生活及现实压力促使人类追求虚拟世界的生存方式。VR恰好满足了人类这一需求，它集中了计算机的高级技术，但它与计算机最大的不同，除了拥有视觉感知外，它还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉等感知。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。然而身临其境并不容易，想要完全骗过人类大脑，几乎是不可能完成的任务。这也是它几十年后才登上普及之路的原因。当前VR设备可以大致分成两个类别，一是需要借助外部硬件协助运算的，比如Oculus Rift 和HTC Vive，它们需要连接一台高性能电脑才能运作。另一个类别则是依赖设备内置硬件完成运算的，比如Pico NeoVR一体机、大朋VR一体机，这些VR

眼镜的特点是无需其他设备协助，能够完全独立工作。而这些设备都是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。[2]

3 现代汽车驾驶现状及培训涉及内容

现代汽车驾驶采用现实方式最真实的培训新手驾驶技术。驾驶技术本质上是培训并发展人类多感官协调应用的能力，其借助汽车这一载体，狭義上看方便了人们交通出行，其实本不仅如此。个人认为其实质上培训了人类对汽车内部设备的宏观掌控及协调能力、对外界环境危急声音及视觉冲击的应变能力、对路段路况的视觉辨别及认知能力、对灾祸的处理能力。可以称得上是对人类综合能力的考察。可见汽车驾驶技术领域的重要性。然而现代汽车驾驶培训耗费场地、汽车、汽油、人力资源的同时，不能给人类带来全新的体验，甚至很多国家出现拥挤瘫痪问题，通俗点说，人们为报名学车而烦恼。此时，VR的应用将实属必要了。其具有虚拟仿真技术环境的特点应用到汽车驾驶领域将为一大优势。

4 VR在汽车驾驶领域的应用

VR应用在汽车驾驶领域中可以称得上是汽车驾驶模拟技术，实属合适。它使驾驶学员沉浸到模拟驾驶的虚拟环境中，实可谓“身临其境”，可使人类在享受VR这一全新技术中达到完美学习驾驶的目的。下面将对VR应用技术及原理进行简单说明。

（1）对内部设备：方向盘、油门、刹车操作、离合器操作进行触觉反馈。首先先进的驾驶舱中包含自带微型汽车设备自不必说，场地可自行选择，大部分集中于家中。节省空间，新手可充分享受私人空间带来的满足感，免除了外界交通拥堵带来的干扰。新手驾驶的同时，驾驶舱中获取上述设备状态及控制面板的按钮输入信号，通过传感器电路转换为电信号，再转换为数字信号输入计算机中。计算机自带识别系统对该信号进行识别及模拟。真正意义上实现了计算机和VR 技术的有机结合。

（2）对外界声音：雨声，雷声，外界车辆喇叭，外界撞击的听觉应变。驾驶舱内利用声音传导技术，新手在驾驶舱中除正常操作外还要佩戴刺激听觉系统的新型高级耳麦，其与声音传导设备相连，再连计算机。计算机加载逼真雷声、雨声、车辆喇叭、及撞击声响，传导入人耳，环绕立体声，考察了新手的应变能力。

（3）对外界视野：外界车辆及本车辆、路况路段、红绿灯、各种天气的视觉应变。驾驶舱内采用agent建模技术及适当物理因素建立车辆三维模型及红绿灯效果。[3]

通过图形渲染技术更新路况路段，以及展现虚拟汽车相对于周围物体的位置，将实时物理仿真状态显示在三台计算机屏幕上，新手通过屏幕上显示的内容

进行操作，然后图形渲染技术再根据其操作进行运算产生新的状态，实时更新再传导到屏幕上，如此往复。[3]其中VRAY渲染器及C4D都能达到较好的图形渲染效果。同时，利用粒子系统模拟雨天效果。（4）对外界意外灾祸：车辆撞击等的处理能力。同时模拟车辆严重撞击时的火药气味，制造气氛。完全可以利用一家美国VR公司推出的一款Cyrano圆形设备。[4]散发专业火药气味，当然，需采用合适的配套手机app store 决定它的气味。气味是一种强大的情绪催化剂，能使人类联想到很多东西并产生真实的感受，这种嗅觉刺激远比视觉和听觉要好得多。可见它在汽车驾驶领域实属必要。

（5）最后，这是VR技术的巅峰应用：自动纠正系统。汽车驾驶培训必不可少的是对新手的有效指导，那么既然没有真人辅导，VR技术必将凭借自身优势达到这一成就。评判系统将在计算机内部自动生成一套标准人性化的汽车驾驶过程，合理的对新手操作进行比较并实时打分，显示到右上角的屏幕上，低于一标准将对新手进行指导，显示正确应对策略。达到面向训练的汽车驾驶效果。使新手自主的完成驾驶训练。

5 关于VR个人评价及见解

目前VR在汽车驾驶领域的应用相当可观，但广泛来看，其一些发展障碍仍不容忽视。首先其无法使人类真正进入虚拟世界，在Oculus Rift开发圈有一个著名的笑话，每当有人让使用者站起來走走时，对方通常都不敢轻易走动，因为Oculus Rift还依然要通过线缆连接到计算设备上，而这也大幅限制了使用者的活动范围。用户的活动范围是有限的，毕竟无法创造真正的现实自然环境带给人的舒适体验。其二，虚拟现实更大的挑战也许是如何在虚拟世界中与目标进行互动。输入设备仍有待改进。其三，它带给人类一定的疲劳之感，VR某些设备的镜头如果使用不当将会带给人恶心感。经调查显示，女性通常要比男性更容易对这些设备产生不适[5]。因此这些缺陷也是当今人类发展虚拟现实技术须突破的瓶颈。同时，怎样使其遍及广大人群，不论老少，无论男女皆宜，这将成为一大难题。

在某种意义上来说，VR可以说是一个广泛的创新思想，例如尤其在当今汽车驾驶培训领域就极适合注入这种鲜活的思想，它是人类伟大思想的结晶。它一反从前现实的汽车驾驶对生态环境的耗费，以及人性的疲劳，通过全新的虚拟技术带给现代人全新的多感官人性化体验，独创一片天地，实属难得。在这个虚拟的世界中，人类必将充分寻求并享受一种新的生活方式。

参考文献

[1]VR的定义以及发展历程[EB/OL].百度百科.

[2]东海资讯之快讯——VR的工作原理是啥？用最浅显的话来告诉你[EB/OL].中国网.

[3]论文CN200710069926面向训练的汽车模拟机实现方法[Z].