【摘 要】
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汽车驾驶仿真器作为一种模拟驾驶行为和驾驶体验感的设备,对交通仿真、驾驶培训以及车辆设计等领域有着重要的研究意义。一个完整的汽车驾驶仿真器由汽车驾驶设备、视景仿真系统、控制系统以及显示设备等几个部分组成。其中,视景仿真系统最为关键,它决定了汽车驾驶仿真器的逼真度与实时性。混合现实技术能够将虚实场景图像进行混合显示,因此,汽车驾驶仿真器结合混合现实技术能够解决现有驾驶仿真器无法兼顾虚实环境沉浸体验的问
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汽车驾驶仿真器作为一种模拟驾驶行为和驾驶体验感的设备,对交通仿真、驾驶培训以及车辆设计等领域有着重要的研究意义。一个完整的汽车驾驶仿真器由汽车驾驶设备、视景仿真系统、控制系统以及显示设备等几个部分组成。其中,视景仿真系统最为关键,它决定了汽车驾驶仿真器的逼真度与实时性。混合现实技术能够将虚实场景图像进行混合显示,因此,汽车驾驶仿真器结合混合现实技术能够解决现有驾驶仿真器无法兼顾虚实环境沉浸体验的问题。但是在混合现实的实现过程中,存在着虚实物体叠加准确度低、虚实图像混合精确度低、显示效率较低等问题,通过三维注册技术能对这些问题进行有效处理。基于上述背景,本文依托汽车驾驶仿真器,结合混合现实中的三维注册技术,设计和实现基于三维注册技术的混合现实汽车驾驶仿真器。在汽车驾驶仿真器和混合现实基本原理的研究基础上,本文给出了混合现实汽车驾驶仿真器系统的设计方案,并确定了视景仿真系统三维注册模块中的特征点提取与匹配、相机位姿估计以及图像配准三个阶段是本文的研究重点。本文针对这三个阶段分别进行了研究:首先,研究了特征点提取与匹配算法,SIFT算法、SURF算法和ORB算法,通过实验对比和数据分析,采用ORB算法作为系统的特征点提取与匹配算法,并引入RANSAC算法对错误匹配对进行滤除;然后,本文对相机标定和成像原理进行研究,使用基于图像特征点的相机位姿估计方法求解相机外参数,再结合特征点信息,实现虚拟标志物在真实图像上的准确叠加;最后,本文对混合现实中的图像配准进行研究,利用基于特征点的图像配准方法,对待配准图像进行几何变换,实现虚实图像的准确混合,并对混合现实中的亮度调节进行研究,利用HSV调节亮度的方法保持混合现实亮度显示效果与真实场景相近。本文最后还对各部分算法进行了实验与分析,并整合各个阶段结合汽车驾驶仿真器实现了基于三维注册技术的混合现实汽车驾驶仿真器系统的流畅、稳定显示。通过实验结果和数据,验证了混合现实汽车驾驶仿真器系统和相关算法的正确性与效率。
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