[發明專利]一種機動車碰撞事故模擬方法

有效

• 申請號: 201210484545.5
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102930122A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 潘福全;張麗霞;柴樹山;王豐元;陳森;尚國明;盧萍
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

1.一種機動車碰撞事故模擬方法，其特征在于工藝步驟包括：

（1）、先構建好計算機模擬系統，再設置待模擬現場的機動車碰撞參數，并將這些參數輸入計算機模擬系統，選擇碰撞類型并確認后，啟動計算機模擬系統；

（2）、計算機模擬系統自動計算機動車碰撞參數，并對碰撞參數進行判斷分析；

（3）、先判斷是否能夠發生碰撞，若判斷結果為是，則轉向步驟（4）；若判斷結果為否，則轉向步驟（1）；

（4）、計算機模擬系統自動計算并確定碰撞機動車的位置坐標，并根據機動車位置坐標參數進行分析計算；

（5）、計算機模擬系統自動實時計算碰撞機動車相對距離；

（6）、判斷是否觸發制動命令，若判斷結果為是，則轉向步驟（7）；若判斷結果為否，則轉向步驟（8）；

（7）、執行汽車制動模塊，激活聲音觸發器，產生剎車聲音；

（8）、判斷是否已經發生碰撞，若判斷結果為是，則轉向步驟（9）；若判斷結果為否，則接著判斷機動車速度是否為零，若判斷結果為是，則轉向步驟（10），若判斷為否，則轉向步驟（6）中的機動車制動命令；

（9）、先計算受力情況，判斷是否發生彈塑性碰撞或剛性碰撞；再計算碰撞能量；然后激活聲音觸發器，產生碰撞聲音；

（10）、先關閉機動車制動或碰撞聲音；再記錄碰撞緩存數據，輸出碰撞能量文件、截圖文件和參數文件；

（11）、顯示處理后的碰撞能量文件、截圖文件和參數文件，碰撞過程結束。

2.根據權利要求1所述的機動車碰撞事故模擬方法，其特征在于涉及的機動車碰撞參數包括機動車質量、運行速度、摩擦系數、彈性系數、最大附著系數和制動減速度。

3.根據權利要求1所述的機動車碰撞事故模擬方法，其特征在于涉及的構建計算機模擬系統包括下列內容和過程：

第1步：構建計算機模擬系統框架和劃分功能區；機動車碰撞在多種交通環境條件下發生，碰撞分為多種形式，構建計算機模擬系統框架并進行功能區劃分，以模擬多種機動車碰撞；

第2步：設計圖形用戶接口，從視覺角度逼真地反映出機動車碰撞的過程；在設計圖形用戶接口時，要進行參數圖形用戶接口、碰撞過程圖形用戶接口、天氣設置圖形用戶接口和汽車類型展示圖形用戶接口的設計；對于每一個圖形用戶接口要進行功能區劃分，各圖形用戶接口之間進行嵌套和切換設計，運用按鈕、文本框、組合框、滑條和單選框進行控制設計，并進行屏幕文本標識設計和圖形背景設計；

第3步：構建圖形用戶接口模塊，圖形用戶接口模塊的構建能夠實現界面控制和人機交互，包括按鈕聯動操作設計、信息關聯輸入、數值量與文本量的轉化、攝像機切換以及與之相關的程序模塊構建，其中，按鈕聯動操作設計是指實現操作按鈕的彈出、隱藏和變換的控制；信息關聯輸入指根據各參數之間的函數關系，實現輸入數據之間的共同變化，對按鈕構建鼠標碰撞檢測和單擊事件，控制圖形用戶接口界面間、渲染界面間、圖形用戶接口界面與渲染界面間的切換；

第4步：建立機動車3D模型與交通環境3D模型，交通環境3D模型包括道路、交通設施、綠化帶、建筑物、行人和天空；根據事故發生的場景，交通環境3D模型先運用制圖方法畫出二維圖，然后使用三維工具把二維圖轉化為三維場景，或者直接繪制三維圖，然后再生成三維場景；在3ds?max中建立三維交通環境模型；機動車3D模型的建立先繪制二維機動車圖形，再運用三維工具把二維圖轉化為三維立體圖，或者直接繪制三維圖，然后再生成三維機動車模型；

第5步：進行機動車3D模型與交通環境3D模型的處理，包括模型的優化、模型的導出導入、模型材質設置以及模型大小位置調整；模型的優化指調整模型的精度，高精度模型能夠較真實地表現模型效果，會占用較大的資源，要優化模型精度，在表現模型真實性與計算和渲染速度之間取得均衡，通過減少模型面數、利用貼圖表現細節和刪除看不見的面來實現；利用其它引擎建立三維模型時需要將模型導出后使用，當遇到下列情況時，部分模型需要單獨導出和導入：部分模型需要建立單獨的動畫時，如果建立彈塑性碰撞模型，部分模型具有相同的變形效果，或受計算機計算速度限制，建立彈塑性碰撞模型時有面數限制時，為了表現模型的真實性，對模型材質和運動矩陣進行調整，包括模型自發光、漫反射、高光、貼圖效果、相對位置和大小的調整；

第6步：建立機動車彈塑性碰撞模型，當對模型建立彈塑性碰撞模型時，由于機動車部分模型具有相同的變形效果，或由于計算速度要求需控制模型面數，將模型分成幾部分導出，分別建立彈塑性碰撞模型；運用高階物理引擎建立三維物體可變形的金屬模型，真實地表現出機動車碰撞后的自然破碎和凹陷的效果；當建立機動車彈塑性碰撞模型時，機動車部分模型需作為整體處理，要共用一張貼圖，因此，在3ds?max中建模時對模型展開UV坐標，渲染出UV二維圖，在Photoshop中制作需要的貼圖；

第7步：建立機動車剛體碰撞模型，利用剛體破碎建立模擬碰撞效果，或利用具有破碎效果的紋理貼圖和粒子系統實現；

第8步：建立交通環境碰撞模型，對交通環境中的建筑物和大地靜態物體，建立剛體碰撞模型；

第9步：構建天氣系統，包括時間控制、降雨和降雪控制、雷聲和閃電控制；在渲染的交通環境中構建天氣系統，并通過圖形用戶接口來控制，進行天氣效果設置，構成逼真的交通環境；

第10步：設計車輛與行人運動，交通環境中的動畫設計包括路邊行人動畫設計和其他車輛行駛動畫設計，使行人和汽車按照預設幀進行運動；

第11步：構建視角選擇模塊，從不同角度觀測汽車碰撞過程，要構建視角選擇模塊，視角選擇模塊構建時，運用像機運動矩陣，設置與機動車相對靜止的視角，包括第一視角和跟隨視角；設置觀察視角通過鼠標滾輪控制距離，通過鼠標按鍵控制角度，對不同像機的切換進行邏輯設計；

第12步：構建機動車碰撞參數設置模塊，機動車碰撞是能量的釋放，機動車碰撞參數直接決定碰撞的后果，要把機動車質量、速度、摩擦系數和彈性系數的參數進行設置，或采用物理引擎的方法進行設置；對于其他參數，如最大附著系數、制動減速度，根據參數內在的函數關系設計程序，利用有限狀態自動模擬并輸出時間值，利用阻尼模擬時間的連續性，涉及到時間因素的函數關系都能夠構建；

第13步：構建機動車碰撞方式，包括正面碰撞、側面碰撞、刮擦和追尾四種；通過初始化機動車位置坐標和行駛方向，設置機動車速度和運動時間，根據速度和時間參數，自動計算碰撞前所需的相對距離，計算出相對位置坐標，并賦予機動車初始運動矩陣，模擬隨機出現的兩輛機動車的碰撞過程；

第14步：構建制動控制模塊，發現即將發生撞車時進行制動，模擬實際的制動效果；實現機動車的制動采用物理方法，利用引擎設置機動車物理模型與地面的摩擦系數或賦予機動車制動扭矩使其制動；或利用函數關系原理，通過初速度、摩擦系數、附著系數和制動減速度之間的函數關系，控制速度大小，當函數涉及到時間時，利用有限狀態機和阻尼模擬并輸出時間值；

第15步：構建車型模塊，根據所需的機動車類型，建立多種機動車類型，分別建立碰撞模型，根據模擬需要進行調用，對每輛車進行編號，通過按鈕控制賦值命令調用建立好的車輛類型；車型展示區構建屏幕背景，或利用三維環境對機動車進行陪襯，設置多個觀察視角或觀察方位進行控制，通過控制滑條數值控制機動車車身材質的漫反射矢量，或直接利用設計好的多個車身材質，控制車身色彩；

第16步：構建聲音邏輯模塊，包括機動車引擎聲音、碰撞聲音、制動聲音、背景聲音和環境嘈雜聲，構建普通音效，或構建三維音效；通過機動車速度大小控制引擎聲音頻率，背景聲音與引擎聲音和環境聲音在設置界面與渲染界面切換時進行聯動觸發，碰撞聲音在碰撞反應事件觸發時呼叫，音量和頻率由碰撞前速度大小進行控制；

第17步：構建數據與文件輸出模塊，模擬機動車碰撞的過程目的之一是要獲得碰撞能量，能量大小的獲取，通過物理引擎方法獲得，或通過動能計算模型獲得；能量包括平動動能和旋轉動能兩部分，采用易于讀取的文本格式對相關參數進行記錄，實行動態覆蓋和圖像顯示，通過獲取演示時的渲染緩存，實現截圖文件的輸出與打印；能量數據輸出的控制模塊利用有限狀態機來實現，把檢測到的碰撞作為輸入事件，對有限狀態機設置時間間隔，分間隔獲取機動車動能值，將數值能量轉換為文本量并進行合并、儲存和輸出。