基于OGRE車輛交通事故的三維動態重現

范世博，卜凡亮

（中國人民公安大學信息技術與網絡安全學院，北京 102623）

0 引言

近年來，我國機動車的數量猛增，全國的大中小城市都面臨著不同程度的交通擁擠狀況，交通事故情況也呈現上升趨勢[1]。在傳統的交通事故分析方法中主要為現場的勘察，對事故的記錄也僅僅局限于文字和圖片信息，導致在分析事故的過程中缺乏全面性和直觀性。同時工作人員還需要對現場進行完整的保護，因此為了保護現場往往會加重道路交通的擁堵狀況，給車輛的行駛帶來不便。針對這種問題，本文提出利用計算機動畫技術結合三維引擎，對交通事故進行動態的三維重現，快速地再現車輛交通事故的全過程，這樣不僅可以對交通事故進行形象化、直觀化的記錄，而且還可以快速地清除車輛事故現場，保持道路的順暢。在本文中，通過對三維引擎OGRE（Object-Orient?ed Graphics Rendering Engine）分析并了解其動畫原理，根據現場的實際情況，完成了對車輛交通事故過程的三維動態重現。

1 三維引擎OGRE

三維引擎OGRE是用C++語言開發面向場景的三維引擎，是一個成熟、穩定、可靠、靈活的三維平臺，而且擁有豐富功能實時三維圖形庫。三維引擎OGRE是開源的，可以通過查看源碼的方式來更好地了解其內部構造和工作原理，方便研究人員的開發和利用。

在OGRE中要重點了解場景管理器，場景管理器（SceneManager）是OGRE引擎中極其重要的組成概念[2]。所有場景圖的具體執行過程都來自SceneMan?ager類。在場景管理器中為用戶提供了場景節點Node，用于懸掛模型實體Entity。OGRE三維引擎中，模型實體必須綁定場景節點，這樣才能在渲染窗口中被顯示。同樣場景中的地面、天空、攝像機以及燈光都需要與相應的場景節點所綁定才是實現效果。在OGRE中用attachObject（）函數就可以實現場景節點的綁定[3]。

模型實體與場景節點綁定后，對場景節點進行旋轉、縮放、平移的操作就相當于模型實體相應的操作。在進行車輛交通事故的三維動態仿真時，主要用到三維引擎OGRE中的場景節點動畫以及關鍵幀動畫。通過對場景節點的平移、旋轉操作來設置不同的關鍵幀畫面，OGRE會通過插值方式來計算關鍵幀畫面之間的運動軌跡，設置完多個關鍵幀畫面后，加載動畫并以啟動就可以實現場景節點動畫，也就實現了模型實體的動畫過程。

2 車輛交通事故的動態重現

2.1 道路的模型加載

重現車輛的交通事故，首先要對道路模型的加載和顯示。本文采取的方法為是通過創建地面，然后將紋理貼圖貼在地面上，形成地面道路模型，不同的紋理貼圖就形成了不同的地面道路模型。在這里，紋理貼圖的像素越高，在OGRE渲染窗口顯示的效果就越好。在OGRE中通過createPlane（）函數創建地面，在創建地面時要說明地面的法線以及位置，同時還要設置好地面的大小，以及紋理貼圖的次數為1次。

通過以上程序就在OGRE渲染界面中創建了一個大小為1500×1500，且垂直于Y軸的平面。創建完平面后要對該平面添加材質貼圖，需設置一個材質腳本，通過編譯設置材質腳本來實現平面的貼圖過程。在材質腳本中，設置材質的名稱為My Test Material，并為其添加紋理單元。

不同的紋理單元，加載顯示的道路模型就不同。本文加載的為丁字馬路的紋理單元，來構建丁字馬路的模型。設置完材質腳本后，使用set Material Name（）函數來為地面設置材質。

當然創建的平面也要與場景節點進行綁定。構建完馬路的模型后，然后添加一些房屋和樹木以及事故發生的車輛模型，這樣整個交通事故現場的三維場景就初步搭建完畢。圖1為設置加載地面模型，并加載了房屋和樹木模型的事故現場三維圖。

圖1 交通事故現場的三維場景圖

2.2 交通事故的動態重現

交通事故現場搭建完畢后，就需要設置關鍵幀畫面，在關鍵幀畫面中設置車輛模型所綁定場景節點的位置信息和旋轉信息，通過設置多個關鍵幀畫面來實現事故動態的全過程。

在OGRE三維引擎中實現場景節點動畫首先要定義動畫，利用create Animation（）函數來設置動畫的名稱和時間長度，并用set Interpolation Mode（）來說明關鍵幀動畫之間的插值方式。本文采取的為IM_SPLINE樣條插值，采用樣條插值方式好處是可以使整個動畫過程更協調。然后要定義一個動畫軌跡，并用create No?deTrack（）函數來指定這個軌跡是作用到哪個特點的場景節點。接下來的旋轉、平移操作就是針對該節點。

隨后要在動畫時間內，定義動畫軌跡所包含的關鍵幀。使用 set Translate（）函數、set Rotation（）函數來設置關鍵幀在每一個時間點上場景節點的位置和旋轉信息。其中需要注意的是在使用set Rotation（）函數來設置旋轉信息時參數是為四元數，其次在某個關鍵幀畫面中場景節點的旋轉和平移信息沒有變動，也要在該關鍵幀中設置節點的所有狀態信息[5]。

一個動畫軌跡只能設置和實現一個場景節點的動畫，也就是說只能實現一個模型實體的動畫。而實際中動態過程中并不僅僅為一個模型，所以要設置多個運動軌跡對應不同的場景節點，從而使動畫過程中模型的多個化。設置完多個運動軌跡和動畫后，需要對所設置動畫的狀態，啟動所定義的動畫，然后就完成了整個車輛交通事故動態過程的重現。

3 事故動態過程的結果呈現

本文模擬了一輛大巴車和一輛小轎車相撞的交通事故。圖2顯示了兩輛車的相撞前的起始幀畫面。

圖2 交通事故的起始幀畫面

圖3顯示了車輛相撞瞬間以及相撞過程中的關鍵幀畫面。

圖3 車輛相撞過程的關鍵幀畫面

圖4 車輛相撞后的關鍵幀畫面

圖4顯示了車輛相撞后的關鍵幀畫面。

通過對整個動態過程的截取，顯示了此次兩輛車相撞的交通事故動態全過程，實現了在三維引擎OGRE中重現交通事故的動態全過程。

4 結語

本文基于OGRE三維引擎，利用場景節點動畫、關鍵幀動畫等計算機動畫技術，設計實現了道路模型的加載，通過設置關鍵幀畫面中場景節點的位置和旋轉狀態信息，以及多個動畫的設置，動態重現了道路中車輛相撞的交通事故。通過對交通事故的動態重現，解決了傳統交通事故信息記錄的單一性，使事故信息的記錄更形象化、直觀化，解決因保護現場而引發的交通擁堵狀況，對實際的交通事故分析中起到幫助作用。

參考文獻：

[1]崔海龍.基于Vega交通事故的3D場景仿真重現[J].電腦知識與技術，2014，10（30）:7182-7185.

[2]李韌,李妮,龔光紅.基于Ogre的三維仿真場景渲染關鍵技術研究[J].系統仿真學報，2017，29（S1）:161-166+172.

[3]甘建偉,劉晶,張蒙蒙,呂戌杪.OGRE中Mesh模型加載方法的研究與實現[J].科技經濟導刊，2018（01）:3-6.

[4]張輝.交通事故三維動畫模擬系統的研究與實現[D].南京理工大學，2005.

[5]Gregory Junker.ProOGRE 3D Programming[M].New York：Apress，2006：171-189，37-51．