基于动作捕捉和手势交互的驾驶模拟仿真系统研发

发布时间：2023-03-21 13:40

　　驾驶模拟仿真系统作为人车路条件下的闭环仿真系统,其包含了虚拟视景显示系统,汽车动力学仿真系统,体感模拟系统,人机交互系统等系统。可在安全环境下模拟出驾驶员的视感,触感,体感等多重外界感知,并可用于驾驶员行为分析、人机交互分析、汽车性能分析、道路交通系统仿真分析等领域。传统的驾驶模拟系统视景显示系统由于显示画面粗糙,驾驶员视角固定,会造成驾驶沉浸感和体验感不足;而且为了便于驾驶员驾驶行为分析、汽车内部结构优化、人机舒适性研究,也需捕捉驾驶员驾驶过程中的运动数据;随着汽车的智能化发展,目前驾驶模拟系统也需要一种智能化交互方式,验证交互的合理性和安全性。基于以上因素,完成了基于动作捕捉和手势交互的驾驶模拟系统的系统研发,具体工作如下:(1)采用虚拟物理仿真引擎Unity 3D和虚拟现实(Virtual Reality,VR)设备HTC Vive搭建虚拟现实视景显示系统,并利用VR头显捕捉驾驶员头部运动,实现驾驶员360°的空间视角显示和双目立体显示。(2)对人体运动进行运动建模,并利用主动式激光定位技术,采集HTC头显和五个Tracker采集驾驶员头部、四肢、腰部运动数据,结合余弦解析法和C...

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 驾驶模拟器研究现状
        1.2.2 虚拟现实研究现状
        1.2.3 动作捕捉及手势捕捉研究现状
    1.3 本文研究内容
2 驾驶模拟仿真系统构架及设计
    2.1 驾驶模拟仿真系统总体构架
    2.2 驾驶模拟器系统各子系统原理
        2.2.1 驾驶操纵设备
        2.2.2 虚拟视景显示系统
        2.2.3 汽车动力学仿真系统
        2.2.4 体感模拟系统
        2.2.5 动作捕捉及手势交互系统
    2.3 本章小结
3 基于虚拟现实的驾驶员动作捕捉研究
    3.1 基于虚拟现实的动作捕捉环境搭建
        3.1.1 虚拟现实仿真技术简介
        3.1.2 虚拟现实开发硬件HTC Vive
        3.1.3 虚拟现实开发软件Unity3D
        3.1.4 虚拟现实开发环境配置
    3.2 基于虚拟现实的动作捕捉方案设计
        3.2.1 基于动作捕捉的人体运动分析
        3.2.2 基于动作捕捉的人体关节旋转运动表示
        3.2.3 基于动作捕捉的人体反向运动学求解
    3.3 基于虚拟现实及Unity3D的人体动作捕捉实现
        3.3.1 人体动作捕捉中的HTC Tracker定位
        3.3.2 人体动作捕捉中的Unity骨骼绑定
        3.3.3 人体动作捕捉中在Unity中的实现
    3.4 本章小结
4 基于手势交互的驾驶模拟仿真系统研究
    4.1 手势交互的环境搭建
        4.1.1 Leap Motion开发工具简介
        4.1.2 Leap Motion与 Unity3D系统集成
    4.2 基于Leap Motion的手势交互功能实现
        4.2.1 Leap Motion中的人手数据获取
        4.2.2 Leap Motion中基于触摸式的交互实现
        4.2.3 Leap Motion中基于手势识别的交互实现
    4.3 基于Leap Motion手部交互的汽车控制
    4.4 本章小结
5 驾驶模拟仿真系统实验
    5.1 驾驶模拟仿真系统搭建
    5.2 基于动作捕捉的驾驶模拟仿真系统试验
        5.2.1 驾驶员输入设备
        5.2.2 汽车动力学仿真系统
        5.2.3 虚拟视景显示系统
        5.2.4 动作捕捉系统
        5.2.5 体感模拟系统
    5.3 基于手势交互的驾驶模拟仿真系统试验
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
参考文献
附录
    A.攻读硕士学位期间参加的课题研究
    B.攻读硕士学位期间的发表论文
    C.学位论文数据集
致谢



本文编号：3767011