虛擬現實技術在汽車駕駛領域的應用

摘 要：隨著第三次工業革命的迅猛發展，計算機這個眾所周知的高級人類助手早已融入人類生活。然而人類從未停止對其內部技術及應用潛能的發掘，漸漸的，一個新的代名詞出現了——VR（虛擬現實），為了進一步了解它的內部技術并拓展應用，該作者通過摘取科技知識以及運用自身對專業知識的了解能力編寫此文。巧妙而成功地得出一部分該技術在汽車駕駛領域的應用。

關鍵詞：虛擬現實；汽車駕駛；虛擬世界

1 VR的簡介

VR，相信大部分人對其早有耳聞，一個令眾多年輕人和專業高新技術研究者為之癲狂的東西，即 Virtual Reality， 虛擬現實技術。虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶沉浸到該環境中。它是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合，是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。然而，它并非是近幾年被提出的，它蘊含著豐富而悠久的發展歷史。四個階段有聲形動態的模擬是蘊涵虛擬現實思想的第一階段（1963），虛擬現實萌芽為第二階段（1963-1972），虛擬現實概念的產生和理論初步形成為第三階段（1973-1989），虛擬現實理論進一步的完善和應用為第四階段（1990-2004）。而21世紀10年代以后人類對其技術及應用的考察更為熱烈。[1]

2 VR對于人類的意義及主要原理

VR的出現究竟有著怎樣的意義？這是人們一直在思考的問題。眾所周知，計算機，一種高速計算的電子計算機器。人類大腦能力固然有限，在20世紀為了發明設計一種協助人類大腦完成更多先進高級的成就，探索科技發展的極限，它誕生了。隨著它的普及，它給人類帶來的高級享受固然是不可小覷的，然而，這種東西被越來越多的人認定為一種將眾多零件（硬件和軟件系統）拼裝而成的高級機械。其內部具有高級計算程序可協助人類完成各種高難度高強度的工作。這個時代雖然科技超前，但漸漸的，人類開始追求人性的不可替代性。人們追求著可以將這種內部高級技術應用到更加貼近人性，添補現代人類生活的空虛的一種領域，也就意味著VR技術出現的必然性。煩悶的現實生活及現實壓力促使人類追求虛擬世界的生存方式。VR恰好滿足了人類這一需求，它集中了計算機的高級技術，但它與計算機最大的不同，除了擁有視覺感知外，它還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺等感知。理想的虛擬現實應該具有一切人所具有的感知功能。然而身臨其境并不容易，想要完全騙過人類大腦，幾乎是不可能完成的任務。這也是它幾十年后才登上普及之路的原因。當前VR設備可以大致分成兩個類別，一是需要借助外部硬件協助運算的，比如Oculus Rift和HTC Vive，它們需要連接一臺高性能電腦才能運作。另一個類別則是依賴設備內置硬件完成運算的，比如Pico NeoVR一體機、大朋VR一體機，這些VR眼鏡的特點是無需其他設備協助，能夠完全獨立工作。而這些設備都是多種技術的綜合，包括實時三維計算機圖形技術，廣角（寬視野）立體顯示技術，對觀察者頭、眼和手的跟蹤技術，以及觸覺/力覺反饋、立體聲、網絡傳輸、語音輸入輸出技術等。[2]

3 現代汽車駕駛現狀及培訓涉及內容

現代汽車駕駛采用現實方式最真實的培訓新手駕駛技術。駕駛技術本質上是培訓并發展人類多感官協調應用的能力，其借助汽車這一載體，狹義上看方便了人們交通出行，其實本不僅如此。個人認為其實質上培訓了人類對汽車內部設備的宏觀掌控及協調能力、對外界環境危急聲音及視覺沖擊的應變能力、對路段路況的視覺辨別及認知能力、對災禍的處理能力?？梢苑Q得上是對人類綜合能力的考察。可見汽車駕駛技術領域的重要性。然而現代汽車駕駛培訓耗費場地、汽車、汽油、人力資源的同時，不能給人類帶來全新的體驗，甚至很多國家出現擁擠癱瘓問題，通俗點說，人們為報名學車而煩惱。此時，VR的應用將實屬必要了。其具有虛擬仿真技術環境的特點應用到汽車駕駛領域將為一大優勢。

4 VR在汽車駕駛領域的應用

VR應用在汽車駕駛領域中可以稱得上是汽車駕駛模擬技術，實屬合適。它使駕駛學員沉浸到模擬駕駛的虛擬環境中，實可謂“身臨其境”，可使人類在享受VR這一全新技術中達到完美學習駕駛的目的。下面將對VR應用技術及原理進行簡單說明。

（1）對內部設備：方向盤、油門、剎車操作、離合器操作進行觸覺反饋。首先先進的駕駛艙中包含自帶微型汽車設備自不必說，場地可自行選擇，大部分集中于家中。節省空間，新手可充分享受私人空間帶來的滿足感，免除了外界交通擁堵帶來的干擾。新手駕駛的同時，駕駛艙中獲取上述設備狀態及控制面板的按鈕輸入信號，通過傳感器電路轉換為電信號，再轉換為數字信號輸入計算機中。計算機自帶識別系統對該信號進行識別及模擬。真正意義上實現了計算機和VR技術的有機結合。

（2）對外界聲音：雨聲，雷聲，外界車輛喇叭，外界撞擊的聽覺應變。駕駛艙內利用聲音傳導技術，新手在駕駛艙中除正常操作外還要佩戴刺激聽覺系統的新型高級耳麥，其與聲音傳導設備相連，再連計算機。計算機加載逼真雷聲、雨聲、車輛喇叭、及撞擊聲響，傳導入人耳，環繞立體聲，考察了新手的應變能力。

（3）對外界視野：外界車輛及本車輛、路況路段、紅綠燈、各種天氣的視覺應變。駕駛艙內采用agent建模技術及適當物理因素建立車輛三維模型及紅綠燈效果。[3]

通過圖形渲染技術更新路況路段，以及展現虛擬汽車相對于周圍物體的位置，將實時物理仿真狀態顯示在三臺計算機屏幕上，新手通過屏幕上顯示的內容進行操作，然后圖形渲染技術再根據其操作進行運算產生新的狀態，實時更新再傳導到屏幕上，如此往復。[3]其中VRAY渲染器及C4D都能達到較好的圖形渲染效果。同時，利用粒子系統模擬雨天效果。

（4）對外界意外災禍：車輛撞擊等的處理能力。同時模擬車輛嚴重撞擊時的火藥氣味，制造氣氛。完全可以利用一家美國VR公司推出的一款Cyrano圓形設備。[4]散發專業火藥氣味，當然，需采用合適的配套手機app store 決定它的氣味。氣味是一種強大的情緒催化劑，能使人類聯想到很多東西并產生真實的感受，這種嗅覺刺激遠比視覺和聽覺要好得多。可見它在汽車駕駛領域實屬必要。

（5）最后，這是VR技術的巔峰應用：自動糾正系統。汽車駕駛培訓必不可少的是對新手的有效指導，那么既然沒有真人輔導，VR技術必將憑借自身優勢達到這一成就。評判系統將在計算機內部自動生成一套標準人性化的汽車駕駛過程，合理的對新手操作進行比較并實時打分，顯示到右上角的屏幕上，低于一標準將對新手進行指導，顯示正確應對策略。達到面向訓練的汽車駕駛效果。使新手自主的完成駕駛訓練。

5 關于VR個人評價及見解

目前VR在汽車駕駛領域的應用相當可觀，但廣泛來看，其一些發展障礙仍不容忽視。首先其無法使人類真正進入虛擬世界，在Oculus Rift開發圈有一個著名的笑話，每當有人讓使用者站起來走走時，對方通常都不敢輕易走動，因為Oculus Rift還依然要通過線纜連接到計算設備上，而這也大幅限制了使用者的活動范圍。用戶的活動范圍是有限的，畢竟無法創造真正的現實自然環境帶給人的舒適體驗。其二，虛擬現實更大的挑戰也許是如何在虛擬世界中與目標進行互動。輸入設備仍有待改進。其三，它帶給人類一定的疲勞之感，VR某些設備的鏡頭如果使用不當將會帶給人惡心感。經調查顯示，女性通常要比男性更容易對這些設備產生不適[5]。因此這些缺陷也是當今人類發展虛擬現實技術須突破的瓶頸。同時，怎樣使其遍及廣大人群，不論老少，無論男女皆宜，這將成為一大難題。

在某種意義上來說，VR可以說是一個廣泛的創新思想，例如尤其在當今汽車駕駛培訓領域就極適合注入這種鮮活的思想，它是人類偉大思想的結晶。它一反從前現實的汽車駕駛對生態環境的耗費，以及人性的疲勞，通過全新的虛擬技術帶給現代人全新的多感官人性化體驗，獨創一片天地，實屬難得。在這個虛擬的世界中，人類必將充分尋求并享受一種新的生活方式。

參考文獻

[1]VR的定義以及發展歷程[EB/OL].百度百科.

[2]東海資訊之快訊——VR的工作原理是啥？用最淺顯的話來告訴你[EB/OL].中國網.

[3]論文 CN200710069926面向訓練的汽車模擬機實現方法[Z].

[4]硅谷密探之嗅覺[EB/OL].互聯網.

[5]VR之五大障礙[EB/OL].百度百科.

作者簡介：李安格，來自大連育明高中，現就讀高一三班。平時比較關注新科技方面的新聞，并充滿興趣，具備一定思考能力。閑暇之余，精心思考VR的發展前景，有了更深的領悟。