交通信息与安全
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基于虚拟现实技术的三维交通环境仿真

  摘要:针对三维交通环境数据仿真的需求,分析了三维交通环境的构成要素,探讨了三维交通环境仿真的步骤与方法,研究了虚拟现实技术在三维交通环境仿真中的应用,并以一个实例运用虚拟现实技术进行了三维交通环境的仿真,提供了相应的核心代码。


  关键词:虚拟现实;交通环境;仿真中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)11-2694-02Simulate 3D Traffic Environment Based on Virtual RealityHE Bi(Department of Civil Engineering, Shandong Jiaotong University, Jinan 250357, China)Abstract: On the basis of the requirement of 3D traffic environment simulation, the structure elements of 3D traffic environment was analysis, the steps and method of environment simulation was discussed, the application of virtual reality in 3D traffic environment simulation was researched, at the end, one sample of simulating 3D traffic environment based on virtual reality was provide and the key program code was supplied.


  Key words: virtual reality; traffic environment; simulate随着城市人口数与机动车保有量的不断攀升,交通出行的需求与交通设施服务供给之间的矛盾不断升级,交通拥堵的发生频率和严重程度也不断上升。解决交通问题有两个思路,一是改建和扩建现有交通设施体系,二是提高交通管理水平,其中提高交通管理水平是充分挖掘现有交通设施体系潜能,缓解交通压力的有力手段,交通信息化管理是提高交通管理水平的一个重要措施,交通信息化管理的基础是交通设施系统的数字化,利用虚拟现实技术对三维交通环境进行仿真是交通设施系统数字化的重要方式。在虚拟现实技术的支持下,三维交通环境在计算机平台上进行仿真,车流、人流等交通要素能够在仿真环境中进行模拟运行,从而为不同的交通管理方案提供了低成本的试验条件。


  1 仿真系统总体设计三维交通环境仿真系统包含路面、标志标线、指示牌、路灯照明系统、隔离带、绿化带等所有交通要素的仿真,交通要素通过统一坐标系集合在一个空间参考系中进行管理。仿真系统的总体结构如图1所示。


  其中,环境设置单元和空间坐标单元是系统的基本设定,通过这两个单元,可以确定系统的背景颜色、坐标原点等控制性的要素,从而为每个交通要素所处的位置起到一个参考坐标系的作用。基本造型单元和外部元素引入单元的作用是构造各种交通要素,通过系统内在的基本造型(如立方体、圆柱等常用图形)以及外部提供的实景照片等来完成各种交通要素的构建。人机交互单元是实现仿真系统能动性的关键,通过人机交互单元,人们可以从多角度来以各种方式控制仿真场景的变换。


  2 虚拟现实技术下的仿真系统开发仿真系统利用虚拟现实建模语言VRML开发,编辑器采用VrmlPad工具,而编译器采用CortVRML,系统的最终浏览通过IE浏览器进行浏览。VrmlPad是一个体积小巧、使用方便、功能强大、可即时预览分部造型单元并提供元素结构树型目录图的虚拟现实建模语言编辑器,通过它所编写的虚拟现实代码经过CortVRNL编译器的编译即可供最终用户浏览虚拟现实环境。下面以三维交通环境模拟中的几个典型功能的代码进行示例:


  2.1 环境特征的设置环境特征的设置是指在系统中设定交通环境的背景特征等基本要素。


  Background {skyColor[0.2,0.9,0.2] } // 以RGB值来定义背景颜色,三个参数代表R/G/B的份量,从而确定仿真系统背景的色彩。


  2.2 地物创建地物创建是指利用系统中可调用的不同外形的立体图形来创建不同的地物对像。


  Transform {translation 2 2 4 // 定义地物造型出现的位置childrenShapeappearance Appearancematerial MaterialdiffuseColor 1 0 0 // 定义地物造型的表面颜色geometry Cylinder } //定义地物造型的形状2.3 外部地物要素的引入外部地物要素的引入是指在系统中可调用的形状对像不能满足需要时,从系统外部引入相应的形状来表达不同的地物,例如可以引入实地拍摄的树木的图片进行贴图从而表现树木。


  Transform{translation 0 1 1//确立要放置图片的位置scale 0.3 0.3 0.3 //确定放置图片的容器的大小childrenShapeappearance Appearancetexture ImageTextureurl "tree.jpg" //引入外部图片的语句,这里用的是绝对路径,也就是说图片应该放在虚拟现实主程序所在的路径下。


  geometry Box {} }// 建立图片贴图的窗口,这里以一个立方体为容器。


  2.4 人机交互的设定人机交互的设定是指实现用户与系统之间的交互操作,例如利用不同的视点变化时,用户能看到不同的场景角度来实现交互式操作。


  DEF view1 Viewpoint{ position 0 0 20description "view"} //定义第一个视点DEF view2 Viewpoint{ position 5 0 20description "view2" } //定义第二个视点Transform {translation 0 0 0scale 1 1 3childrenShapeappearance Appearancematerial MaterialdiffuseColor 0 0 1geometry Box {}


  DEF touchbox TouchSensor {}}//定义一个触发器ROUTE touchbox.isActive TO view2.set_bind//例如触发器被激活时触发相应的事件来实现人机交互以上代码在Windows XP SP2+VrmlPad2.1+CortVRML+IE7.0的开发与浏览环境中调试通过。


  3 结束语随着交通需求的日常增加,交通管理难度也随之加大,利用先进的信息技术来解决交通行业中的各种问题是一条必由的道路,而虚拟现实技术支持下的交通环境仿真能够以极大的真实性、精确性来模拟现实交通环境,从而为各种交通解决方案提供一个良好的数字化实验平台,为管理部门的各种解决方案的低成本仿真、预测、检验等提供保障,同时也是交通建设成果的良好展示平台。


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