葛俊

(泰州市公路管理处 225300)

基于摄像头交互的虚拟汽车驾驶研究

葛俊

(泰州市公路管理处 225300)

本文就以基于摄像头交互的虚拟汽车驾驶研究为题展开了相关的研究工作，设计出了一种汽车虚拟驾驶系统，利用混合现实手段来实现对汽车的虚拟驾驶体验。通过摄像头作为交互媒介，通过打印出一张方向盘图案将之放置于摄像头前来实现汽车虚拟驾驶。此种虚拟汽车驾驶方式在成本费用上优势显著，是一种有效的虚拟交互手段，具备有一定的商业价值。

摄像头；视觉交互；汽车驾驶

1 概述

模拟驾驶系统的设计，必须要能够提供以三维场景下的汽车虚拟环境，而主要的交互手段即为摄像头与一张带有标记的打印纸来充当模拟驾驶方向盘。其具体操作过程即为在摄像头前对打印纸进行转动与遮挡，从而促使系统能够将纸张的位置改变与标记状态进行计算分析，从而来实现对虚拟车辆的有效掌控[1]。

2 算法设计

本次研究所设计出的基于摄像头交互的虚拟汽车驾驶系统主要是由三部分所构成：摄像头交互视觉模块、三维视景模块、物理模拟模块。其中摄像头交互视觉模块是该系统当中最为重要的一部分。下文将就在系统设计中所涉及到的一些具体算法来展开具体分析。

2.1 建立坐标系

要想实现对虚拟场景内的汽车实现驾驶操控，便要能够把摄像头所获得的视频数据，以及虚拟场景中的汽车操控，构建起互相对应的一种关系。在此方面主要牵涉到三处坐标系统，也就是摄像头坐标系统、世界坐标系与图像坐标系。标定纸位于世界坐标系当中，摄像头存在于其自身的坐标系统当中。

摄像头可通过获取标定信息来把所对应的世界坐标转换至自身坐标系之下，而后再利用针孔摄像机模型，把摄像头坐标之下的坐标转换至屏幕图像坐标系之下[2]。通过这一坐标转变处理，便可把真实场景内的标定纸坐标反映到虚拟场景当中，由此也便就实现了对虚拟汽车的控制。

2.2 三维显示及物理模拟

鉴于3D场景仅提供汽车在驾驶过程中通过驾驶室所观察到的局部信息，为了能够给予应用者提供更加详尽的方位信息，系统还结合了谷歌地图来提供2D地图信息。2D地图显示是利用谷歌地图API编程来完成的，对于方位信息的确定则是利用JavaSeript调用，把主程序内的汽车位置传导至谷歌地图，同时对每一量模拟车辆均给予后视镜效果。

为确保虚拟场景中的汽车行驶能够更加符合于真实场景下的状况，就必须要应用到物理模拟，也就是碰撞检测以及碰撞响应处置，对于车辆在发生碰撞情况以及加减速、转弯等情况下所出现的晃动程度进行充分模拟。进而便可依据物理模拟所获得的结果来予以响应，并对车辆的实际运行状况与其余相关活动物状态定期予以更新。这一物理状态所发生的改变也将实时传导至视景系统当中，并通过对3D图像的更新来予以显示。

3 结果分析

用户通过对标定纸的旋转及标识遮挡等操作，便可实现对虚拟场景内的车辆进行操控。在实际检验的过程中，显示环境光也会导致图像数据的识别效果受到一定程度的干扰，对于虚拟汽车在进行操控时也会发生一定的影响。然而怎样调整在不同环境光照之下的辨别率并非交互研究的关键，因此对此不展开更加深入的探讨。

因采用黑白方块充当标识，在对比度方面效果较为突出，由此也可促使算法能够更好的进行识别。但应注意在用户所操控的标定纸脱离摄像头的覆盖范围后，系统便会出现暂时性的盲状态，此时只要标定纸重新回到摄像头的覆盖范围内系统便可恢复正常[3]。在整个系统的运行界面中采用红色来标识各窗口的作用，视频监视窗口当中不同类型标定信息则选用多种颜色与粗细程度不同的线框来予以标示区分。

4 结束语

上述研究操作简便，可以为驾驶汽车类的游戏开发提供新的思路，具备一定的商业价值。然而其缺陷也较为明显，即还不能够产生出和仿真方向盘完全相同的操作感受，这也在很大程度上使得其在汽车虚拟驾驶方面的应用以目前仅可被用在数字娱乐方面，与更加真实的虚拟驾驶体验还有一段距离。

[1]徐森,宋顺林.虚拟汽车驾驶场景中复杂路况的光电图像仿真[J].计算机仿真,2013,30(1).

[2]王欣,方东.简便汽车驾驶教练仿真系统设计与实现[J].军事交通学院学报,2015,17(8).

[3]李安格.虚拟现实技术在汽车驾驶领域的应用[J].科技创新与应用,2016,(28).

U471

A

葛俊 （1963—），大专，技师，研究方向为汽车驾驶。