小车寻迹过程的虚拟实现

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 小车寻迹过程的虚拟实现 摘要：针对小车寻迹研究的传统 方法中存在的研发成本高、开发周期长 的问题，提出了一种虚拟实现方法，在 Visual Studi0 2010 开发环境下完成对小 车寻迹过程的动态模拟。利用 OpenGL 对小车寻迹场景、小车及轨迹线进行了 虚拟建模；依据坐标匹配的原理，实现 小车在虚拟环境下的预设直线轨迹与曲 线轨迹的寻迹仿真。意在从视觉上为机 器人控制系统的研究提供一种动态仿真 的工具，并进一步为控制系统参数调整 及性能指标的分析提供新的研究思路。 中国论文网 /8/view-12733554.htm 关键词：虚拟现实；场景建模； 动态仿真；小车寻迹；轨迹线 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003- 6970.2015.07.002 0 引言 小车自动寻迹行驶是汽车智能化 的一个发展方向，对无人驾驶技术的研 究具有重要的意义。目前，实物小车的 寻迹控制一般采用装载于小车上的光电 传感器识别白色路面上的黑色轨迹线， 借助单片机控制器对检测信号进行分析 与处理，从而控制转向舵机和驱动电机 实现小车的寻迹行驶。但是这种小车寻 迹过程对周围环境要求较高，过大的干 扰会影响传感器的感应和信号的传输， 尤其在无人驾驶技术研究中可能遇到复 杂的路况，对被控对象的数学模型及控 制算法也提出了更高的要求，需要在实 际应用前反复验证。由于此类研究是基 于设计.实验.修改.再实验的多次反复模 式，而有些实验几乎是破坏性的，这便 使得此类研究的难度更大、成本更高。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 因此研究一套小车寻迹过程的虚拟仿真 系统，将系统各方面的验证先通过软件 仿真的方式实现，然后再运用到实物小 车中，必定会节约成本、提高试验成功 率。目前针对此类问题研究的仿真软件 多是基于 Matlab 的控制算法的仿真试 验，通过仿真得到的数据或数据曲线来 评价算法的有效性，具有一定的抽象性， 若能结合虚拟现实技术在视觉上虚拟小 车的实际寻迹过程，再结合数据分析， 那将为小车寻迹问题甚至是未来汽车智 能化研究提供一种新的实验方法。 本文正是在此背景下，开发了一 套小车寻迹过程的可视化仿真系统，不 但能实现上述数学模型仿真功能，还增 加了对实际环境的虚拟，可以直观地展 示小车寻迹系统的控制效果。 1 虚拟小车寻迹原理及实现方案 1.1 小车寻迹原理 本文是完全基于软件的虚拟实物 仿真，虚拟小车的寻迹原理是通过坐标 点匹配的方法实时地校验小车模型的位 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 置坐标点与虚拟空间中预设轨迹坐标点 的匹配情况，当小车运动到指定的轨迹 坐标点的时候，通过程序判断此刻小车 寻迹正确，程序自动运行；当小车偏离 轨迹时，设置程序通过坐标偏差自动调 整小车前行方位，回到轨迹上来。 1.2 基于 VS 2010 的控制方案 本系统控制任务为小车能够按照 指定轨迹运行，实现自主前进和转弯。 在 VS 2010.NET 环境下，利用 C#语言 编译控制程序。程序实现的的主要思路 是依据坐标匹配的寻迹原理，首先将小 车模型的中心点设为小车位置坐标点， 轨迹线上的坐标点设为固定参考点，利 用循环语句，判断小车行进时是否与固 定轨迹线上的坐标匹配，若判断结果为 匹配则小车继续前行，若判断结果不匹 配，则通过控制算法程序依据两者坐标 偏差校正小车位置，从而达到小车寻迹 的目的。借助计算机仿真可以轻松设置 各种寻迹任务，不同轨迹线的寻迹原理 相同，本文设置了直线轨迹 GJ1 和圆形 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 曲线轨迹 GJ2，在 WinForm 控件的任务 窗口模式下，将 GJ1 和 GJ2 两条轨迹定 义为初始的文件源，小车起始位置为虚 拟场景的坐标原点，程序控制方案如图 1 所示。 2 小车寻迹虚拟场景建模 虚拟小车寻迹过程的重要环节就 是编程实现，主要包括场景仿真、小车 建模、轨迹线绘制三部分。 2.1 仿真场景的建立 小车寻迹主要在平整地面上完成， 虚拟地面位于三维空间，具有深度信息， 是小车寻迹的平台。绘制地面为空间正 方形平面，四个顶点空间坐标为（- lOOf， Of，-50f） ；（lOOf， Of，- 50f） ；（ lOOf， Of， lOOf） ； （- lOOf， Of， lOOf） 。调用 OpenGL 函 数 GL.glColor3f（） ，设置当前地面的颜 色为深棕色，为了方便之后的小车寻迹， 这里设置正方形地面的其中一个边为空 间坐标系的 X 轴，并设置 X 轴为红色， 参考坐标起点为（-lOOf ， Of -50f） ， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 终点为（lOOf， Of -50f） ；对于 Y 轴， 设置为绿色，默认参考坐标起点为（- lOOf， Of，-50f ） ，终点为（-lOOf ， 200f -50f） 。仿真界面同时设有“ 开始寻 迹”、 “重置”等按钮，用于整个虚拟系统 的基本控制动作。场景模型如图 2 所示。 2.2 小车建模 小车的建模是多种多样的，可以 借助 3D MAX 软件建立各种逼真的小 车模型，然后将绘制好的小车导人到仿 真环境下即可。利用 OpengGL 函数也 可建立较为逼真的小车模型，但要比 3DMAX 的绘制过程更为复杂。由于本 文是对虚拟小车寻迹过程的初步研究， 意在为读者提供此类问题研究的新方法， 所以本文用简单的长方体模型模拟车体， 并绘制简单的圆形轮胎，完成后续的寻 迹演示。 首先设置长方体八个顶点的三维 坐标及车轮中心坐标，调用 OpengGL 中长方体及圆形绘制函数完成小车几何 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 模型的简单绘制。然后对此模型进行颜 色填充和光照处理，增加小车模型的立 体感。经过几何模型的绘制和外观渲染 后，模型效果更佳逼真，如图 3 所示， 同时将小车调整到参考坐标的原点。 2.3 轨迹线的绘制 采用与路面颜色有明显差别的线 条作为小车