基于虛擬現實技術的新型駕培模式設計

王韜　章穎芳　儲蕾芳

【摘 要】為了緩解駕培市場壓力，提高用戶在駕培階段的機動車駕駛能力，通過對當前駕培行業存在的問題進行分析，探討傳統駕培行業的發展方向，引入虛擬現實融合顯示技術，對傳統駕培模式進行數字化升級，構建基于虛擬現實技術的全新一體化機動車駕駛能力培養模式。

【關鍵詞】虛擬現實;駕培模式;用戶體驗

中圖分類號：TP3 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1007-0125（2020）10-0123-02

隨著國家經濟的發展，國內機動車駕駛人數呈爆發式增長，駕駛技能作為將來社會必備的生活技能，有駕培需求的用戶群體也越來越多，駕培行業的市場缺口也逐漸拉大，隨之而來的各種問題也慢慢顯露。

一、當前駕培行業存在的問題及發展方向

依據公安部交管局公布的官方消息，2018年上半年，全國新領證駕駛人數量達1325萬人，而截止到2016年，國內共有駕培機構16512家，遠遠不能滿足當前駕培市場需求。

駕培行業供求失衡，直接導致了駕培過程中亂象叢生。傳統駕培采用的一對一教學模式導致目前駕培行業從業人員配置不足。同時，由于駕校對教練員的需求較大，從而導致了教練員的教學水平參差不齊，一些業務水平較低、個人素質較差的也進入教練員隊伍，從而引發了學員對教練員服務態度的批評。另一方面，傳統駕培模式上車率低，學員不能徹底掌握機動車駕駛技能，無法應對真正上路時發生的各種狀況。目前，中國因交通事故導致的年死亡人數居世界第二，引發交通事故的第四大因素便是由于駕駛車輛的人員技術不熟練，經驗不足，遇有突發情況驚慌失措，發生操作錯誤。

隨著科技的進步，數字技術也越來越成熟，數字技術對于行業的創新升級提供了數字解決方案，為產業的轉型提供了新的發展方向。虛擬現實技術作為數字化技術的重要組成之一，可以改變人們學習生活方式。綜上，可以認真思考將虛擬現實技術運用到傳統駕培模式的數字化升級中。

二、虛擬現實技術在駕駛模擬仿真領域的應用

（一）虛擬現實技術簡述。虛擬現實技術是一種基于計算機進行數據處理結合立體顯示和傳感器技術的數字技術。隨著科技的不斷發展，各行各業對虛擬現實技術的應用需求不斷增加，虛擬現實技術的應用層面也不斷拓展，目前虛擬現實技術在設計、教育培訓、醫學等領域的應用也越發成熟。

（二）駕駛模擬仿真研究現狀。駕駛模擬仿真是基于虛擬現實技術下，結合計算機數據處理模擬機動車駕駛動作，獲取真實的駕駛數據的虛擬仿真系統。根據用途的不同一般劃分為兩類：一類是用于產品開發中的實驗數據采集;另一類是用于科普教育和娛樂游戲。與傳統駕駛模式相比，駕駛模擬仿真具有更加安全、實驗采集數據更加精準的優勢。目前國內對于駕駛模擬仿真技術的探索一般集中于科研院所、高校和相關車企的車輛性能研發部門中。大型的虛擬仿真駕駛系統研發投入經費巨大，更多應用于研究車輛的駕駛安全性能、交通信號控制等方面，也可用于航空航天等高尖端領域。高校平臺自主研發的小型駕駛模擬器一般用于軌道交通專業教學方面。除此之外，當前市面上更多的是基于視覺效果的虛擬駕駛游戲，用戶沉浸感不強，對于用戶駕駛技能的提高無實際意義。

（三）虛擬駕培市場分析。在國民生活水平逐漸提高的同時，對駕駛證有需求的群體也越來越大。從機動車保有量和駕駛人數的比例來看，駕駛人數依然存在巨大增長空間，駕培市場的發展空間較大。而當前對虛擬駕駛的應用研究更多集中在科研層面，沒有一款真正應用于市場的虛擬駕培應用開發。而當前市面上一套基礎的虛擬現實設備僅需一千元起，傳統駕培模式的升級成本較低?；趥鹘y駕培模式存在的各種問題，結合虛擬現實的技術優勢，在當前的市場缺口下，以基于虛擬現實技術的新型駕培模式應用開發是駕培市場發展的必然趨勢。

三、基于虛擬現實技術的新型駕培模式設計開發

（一）新型駕培模式設計。機動車駕培行業引入虛擬現實技術進行模式的升級創新，將虛擬現實技術與傳統駕培方法進行深度融合，進而達到傳統駕培教學模式的創新。模式采用虛擬現實技術與傳統駕培車相互配合培訓的方式，不僅能提高用戶的機動車駕駛能力，還能減少能源的消耗，構建全新一體化機動車駕駛能力培養模式。利用虛擬現實技術原理，將傳統駕培過程進行數字化建模輸出，通過資源整合與線下駕培機構進行傳統駕培模式的升級改造。以新一代虛擬現實技術為依托的新型駕培模式以用戶體驗為中心，通過虛擬現實輸出設備，生成模擬駕駛環境，打破傳統駕培模式的時間、空間束縛。

新型駕培模式具有多種自主培訓程序，根據用戶的不同需求進行個性化課程定制，提高用戶的駕培體驗。通過模式內嵌的考核機制，對用戶的駕駛技能進行分級考核，用戶可以對駕駛能力薄弱的地方進行針對性練習。

（二）新型駕培模式開發。當前市場上的虛擬駕駛更多是停留在簡單的視覺層面上，不能讓用戶有真實的沉浸感。所以，真實的駕駛環境尤為重要?；谔摂M現實技術的新型駕培模式設計要求貼近用戶真實的駕培體驗，這要求新型駕培模擬車必須能夠與傳統駕培車的各項硬件設施機能吻合，同時各項傳感設備匹配模式內的系統信息資源，整合后模擬出真實的駕駛環境，能夠達到環境光照系統一致，虛擬環境中的物體位置實時更新。

以現行傳統駕培車為例，結合5G技術下的物聯網，以計算機作為數據處理中心，基于視頻合成技術的穿透式HMD的視頻透視式頭盔顯示器作為實現虛實融合顯示的主要工具，用戶頭部戴設置跟蹤器，由運動捕捉系統捕捉跟蹤器位置，通過計算機處理后得到用戶視角在三維空間中的位置。使用3DS Max建模軟件將真實駕培場景中的地形、建筑物、障礙物進行建模，使用QuickTime VR進行圖像編碼處理，建立屬性數據庫，通過對圖形數據和屬性數據庫的共同管理分析及操作，實現數據可視化。在用戶使用新型駕培模擬車時，通過車頂布置的高靈敏攝像頭捕捉用戶的手勢動作，精確辨別用戶對轉向盤、換擋操縱手柄等部件做出的動作，通過傳感器進行壓力、方向的數據反饋，采集狀態參數并實時記錄傳輸，判斷駕培模擬車在虛擬環境中的運行狀態。以基于計算機視覺的注冊算法與基于硬件傳感器的注冊算法結合的混合注冊方法進行三維注冊，將模擬出的實時路況與編碼過的虛擬環境影像相疊加，保持虛擬影像與模擬出的真實路況在三維空間中位置的一致性，即在空間上的整合。此外，利用Unity光照系統，模擬用戶在自然駕培過程中的光照體驗。最后運用虛實融合顯示技術，將經過混合的影像穩定一致地投影到用戶視口，達到視覺上的沉浸效果。

在傳統駕培過程中，除了培訓用戶的基本駕駛技能外，更多是培養用戶的“駕駛路感”。用戶可以通過方向盤轉動后機動車的位置朝向變化、發動機的聲音變化、機動車行駛過程中的晃動等物理信息判斷機動車的狀態。在新型駕培模式中，使用基于轉向阻力矩的方向盤交互方法，可以有效模擬出機動車在正常行駛、剎車等不同情況下的機動車轉彎角速度，計算機動車在轉彎運動后其在虛擬空間里的位置信息和朝向信息。通過計算機動車在虛擬環境中的位置變化，計算機動車的時速，通過音頻模塊播放機動車在所處時速時發動機的轉速聲音，使用立體音模式播放。在模擬機動車在駕駛過程中發生顛簸時，通過安裝在座位下的震動傳感器實時反饋給用戶。

四、結語

虛擬現實作為一種高科技數字化技術，在未來的行業升級轉型中將發揮巨大的作用。從市場實際需求出發，充分利用數字技術的發展成果，將虛擬現實技術運用到傳統駕培模式的數字化開發中， 可以更加高效便捷地服務相關需求用戶，并為其他的教育培訓行業提供一定的模式參考和設計指導方向。

參考文獻：

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作者簡介：王 韜（1997-），男，上海工程技術大學中韓多媒體設計學院研究生在讀，研究方向：數媒與影像數字化。