[發明專利]一種用于汽車模擬器中的汽車與地形交互仿真方法

有效

• 申請號: 202010325973.8
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111524237B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 鄒長軍;段奕明;賴智華;李志強
• 申請（專利權）人: 九江精密測試技術研究所
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T17/05
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 謝德珍

一種用于汽車模擬器中的汽車與地形交互仿真方法，首先根據用戶輸入設置山脊線的位置，而后根據符號距離函數的定義計算整個區域的SDF值，依次對計算所得的SDF值進行取反、平移操作，生成整個區域的高度值，再對生成的高度值進行隨機擾動，得最終區域高度值，并將經過換算的高度值作為輪胎地面高度輸入值，輸入至汽車懸架垂向運動的10自由度汽車模型進行汽車姿態計算，在計算周期內，重復計算輪胎與地面接觸位置及地面高度差值，并同時更新汽車姿態，即實現汽車與地形交互仿真，為動力學提供數學支撐，有效提高駕駛真實感。

技術領域

本發明涉及場景動態交互仿真技術領域，尤其涉及一種用于汽車模擬器中的汽車與地形交互仿真方法。

背景技術

汽車駕駛模擬器(Vehicle Driving Simulator，VDS)將虛擬現實技術應用于汽車駕駛培訓中，通過計算機技術產生汽車行駛過程中的虛擬視景、音響效果和運動仿真，使駕駛員沉浸到虛擬駕駛環境中，以產生實車駕駛感覺，從而體驗、認識和學習現實世界中的汽車駕駛。該方法既能安全、有效地提高駕駛員技術水平，又能降低各種費用成本，減少事故發生率，正日益受到國內外交通安全領域的廣泛關注。

汽車駕駛模擬器的運動真實感直接影響使用者的駕駛體驗，特別是如何實現汽車駕駛模擬器中汽車與地形之間的交互是汽車駕駛模擬器中最為核心的問題之一。

以往通常是采用碰撞檢測的方法，這種方法雖然可以感知到地面的存在，但這是一種基于幾何學的方法，不能將地面信息作為汽車模擬器中汽車運動模型的輸入信號進行建模，缺乏動力學的數學支撐，真實感有待提高。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種用于汽車模擬器中的汽車與地形交互仿真方法，以解決上述背景技術中的問題。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

一種用于汽車模擬器中的汽車與地形交互仿真方法，具體步驟如下：

1)生成基于符號距離函數的地形

首先根據用戶輸入設置山脊線的位置，而后根據符號距離函數的定義計算整個區域的SDF值，符號距離函數SDF定義如下所示：

其中，φ(x,y)為符號距離函數定義，Ω為邊界；

依次對式(1)計算所得的SDF值進行取反、平移操作，生成整個區域的高度值，如式(2)所示：

Φ(x,y)＝H₀-φ(x,y) (2)

其中，Φ(x,y)為經過變換的符號距離函數，H₀為需要設置的高度值偏移量；

對式(2)計算所得的高度值進行隨機擾動，得最終區域高度值，而后生成最終區域地形，如式(3)所示；

H(x,y)＝Φ(x,y)+noise(x,y) (3)

其中，noise為噪聲函數，可采用隨機噪聲，目的在于增加高度值的多樣性，避免過于平滑的高度場；H為基于符號距離函數的地形函數，通過該函數可得到任意位置的高度值；

2)汽車駕駛模擬器中汽車與地形交互仿真

計算汽車駕駛模擬器中汽車的四個輪胎位置，如式(4)～(5)所示，