行人交通虛擬現實的物理環境構建與軟件開發

史江蕃 于璐

摘 要：今后若干年能源和交通將是制約我國經濟發展的兩大因素，這兩個問題都和交通規劃有密切的關系。要想合理地進行交通規劃，如何把握交通需求的發展和變化規律、如何布局交通設施等等問題的深層解決則需要建立一個高效實用信息量大的預測軟件系統。

關鍵詞：行人交通;虛擬現實;人機交互

0 前言

行人交通的特征表現在行人的速度、對個人空間的要求、步行時的注意力等方面。這些與行人的年齡、性別、出行目的、教養、心境、體質等因素有關，也與行人生活的區域、周圍的環境、街景、交通狀況有關。對行人流的速度、流量、密度及行人占有空間等特征要素加以分析是必要的[1]。自從人們開始嘗試用計算機來幫助進行行人交通的分析以來，科學家們投入了大量的工作來開發行人仿真軟件。通過近20年的艱苦努力，國外目前已經發布了幾款可以專門用于行人分析的軟件：Legion， SimWalk， PedGo， AnyLogic，VISSIM。

我國對行人交通的仿真主要是通過仿真軟件，如Legion、STEPS、SimWalk、AnyLogic等，對大型活動行人流進行研究，建立起行人仿真模型，如成本效益元胞模型、元胞自動機模型、社會力模型、磁力模型、排隊網絡模型等闡述行人運動行為，從而為城市大型活動交通保障的技術和方法提供借鑒[2]。

1 開發軟件的制作

C#是由C和C++衍生出來的一種安全的、穩定的、簡單的、優雅的面向對象編程語言。它在繼承C和C++強大功能的同時去掉了一些它們的復雜特性。C#綜合了簡單的可視化操作和C++的高運行效率，以其強大的操作能力、優雅的語法風格、創新的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開發的首選語言。

C#使得C++程序員可以高效的開發程序，且因可調用由 C/C++ 編寫的本機原生函數，而絕不損失C/C++原有的強大的功能。因為這種繼承關系，C#與C/C++具有極大的相似性，熟悉類似語言的開發者可以很快的轉向C#[3-4]。

Unity是游戲引擎開發商，實時3D互動內容創作和運營平臺。包括游戲開發、美術、建筑、汽車設計、影視制作在內的創作者運用Unity實現。Unity提供一整套軟件解決方案，可用于創作、運營和變現實時互動的2D和3D內容，支持平臺包括手機、平板電腦、PC、游戲主機、增強現實和虛擬現實設備。

2019年使用Unity制作的游戲和體驗已在全球范圍內覆蓋將近30億臺設備，月均下載量超過30億次。并且其在2019年的安裝量已超過370億次。全平臺（包括PC/主機/移動設備）游戲中有一半都是基于Unity創作的。 Unity提供易用實時平臺，開發者可以在平臺上構建各種AR和VR互動體驗，全球超過60%的AR和VR內容都用Unity制作[5-6]。

1.1 物理環境的構建

中間帶由兩條左側路緣帶和中央分隔帶組成，其作用是分隔對向車流，既可以避免因快速駛入對向行車道造成嚴重的交通事故，又能減少公路中線附近的交通阻力而提高通行能力;可以防止在不分隔的多車道公路上因認錯對向車道而引起的事故;可以避免車輛隨意中途調頭，消滅紊亂車流，減少交通事故本程序軟件中，中央隔離帶起到了一個玩家的緩沖作用，使玩家過馬路的正確率更高。

斑馬線的寬度、長度、間隔，是有一個國際標準的。行人越多的地方，斑馬線越寬。學校、幼兒園、醫院、養老院門前的道路沒有行人過街設施的，應當施劃人行橫道線，設置提示標志。城市主要道路的人行道，應當按照規劃設置盲道。本程序軟件中，角色必須通過斑馬線到達馬路對面地點[7-8]。

2 軟件參數分析

2.1 車流量（Vehicle Counting）的等效替換

為較好的設定不同車流量，在Unity軟件中設置車流量的取值。

假設現實車流量（VC）與軟件車流滿足正相關關系，并為軟件車流量制定等級為：

X1：Clone Speed=1.2 —— VC=7/min

X2：Clone Speed=1.1 —— VC=21/min

X3：Clone Speed=1.0 —— VC=33/min

X4：Clone Speed=0.9 —— VC=46/min

X5：Clone Speed=0.8 —— VC=60/min

2.2 通過時間的收集與分析與實踐驗證

為驗證上述解析模型的正確性和有效性，本文進行了相應的仿真驗證。

因為我們收集到的數據比較簡單，且根據我們的推測是數據之間呈線性關系，所以我們對數據進行了回歸分析。

得到回歸統計表。其中，Multiple R是相關系數R的值;R Square是R平方值; Adjusted R是調整后的R方。

得到方差分析表。其中，df是自由度，SS是平方和，MS是均方，F是F統計量，Significance F是回歸方程總體的顯著性檢驗。得到分析表如下圖：

評價顯示，可以看到數據分布特征非常明顯，模型可幫助數據解釋的部分占到了97.7%并呈線性分布，擬合的效果非常好。

3 結語

為了分析行人通過道路與車流量的關系，建立起物理環境，我們通過操作環境人物獲得數據，從而對數據進行分析，以獲得相關結果。主要研究成果如下：

（1）對300組數據進行了整理，對數據采取了回歸分析的方法。得到了通過馬路所消耗的時間（T）與車流量（VC）的關系。對輸出的結果評價顯示，可以看到數據分布特征非常明顯，模型可幫助數據解釋的部分占到了97.7%并呈線性分布，擬合的效果非常好。

（2）通過對C#語言，以Unity展開可行性論證，證明開發軟件是可行合理的;構建了CrossRoad軟件，對軟件中

環境要素的編程源代碼進行了分析，得到了清晰、符合標準的物理環境，為后續實驗的充分性和可行性奠定了基礎。

參考文獻：

[1]李旭宏.道路交通規劃[M].東南大學出版社，1997：87-185.

[2]張詩波.基于Agent的行人交通微觀仿真建模與分析[D].昆明：昆明理工大學，2007.

[3]沃森，齊立波（譯）.C#入門經典[M].北京：清華大學出版社.

[4]梁紅碩.基于工作過程的《C#程序設計》課程開發與實踐[J]軟件導刊，2014（3）：171-172.

[5]宋惠娟.Unity3D的虛擬漫游系統[J].計算機系統應用，2012，21（10）：36-39+65.

[6]寶雨松.Unity3D游戲開發[M].北京：人民郵電出版社，2012：48-49.

[7]芮雄.高速公路中央隔離帶綠化建設研究[A].城市，2015（5）78-79.

[8]P.羅斯·羅格，S.普拉薩絲·艾琳娜，R.米山尼·威廉姆.交通工程（基礎）[M].機械工業出版社.