城市道路交通流智能化模拟虚拟现实系统研究
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摘要
城市道路交通流是城市交通中的主要组成因素，而虚拟现实技术被证明非常适用于对城市道路交通流进行模拟研究，城市道路交通流虚拟模拟能够为行人交通安全教育以及城市道路交通流运动研究提供重要参考，具有重要的指导意义和广泛的研究前景。本文以从小到大、从个体到整体、从微观到宏观的思路，对虚拟现实环境下城市道路交通流模拟的原理、方法和技术进行了深入研究，并在此基础上研制了城市道路交通流模拟虚拟现实系统。
作为城市道路交通流模拟的基础，本文首先研究了虚拟现实三维建模方法，通过OpenGL实现了不同格式的三维模型的转换，以便于模型在虚拟环境中的实时渲染，然后使用层次细节模型技术和粒子系统技术作为辅助，建立了不同环境下的城市道路和建筑模型。
为了实现虚拟车辆在虚拟环境中的运动，本文研究了虚拟现实动画控制方法。之后以车道为基本单位，使用网状链表的形式将所有车道连接成为道路网络，构建了虚拟车辆运动的数据基础。本文还分析研究了车辆驾驶员选取路径的方式，提出了基于目的地相互位置判断的车辆路径算法，并使用此算法实现了虚拟车辆的路径计算和自动运动。
根据车辆在不同交通状况下的行为特点，本文为虚拟车辆赋予了多种智能化的运动策略，使车辆能够合理应对各种情况，实现了虚拟车辆的智能化运动。然后本文为虚拟车辆的集合添加了一定的随机扰动，形成了初步的城市道路虚拟交通流。
为了进一步对虚拟交通流进行整体智能化模拟，本文深入研究了智能控制方法，并选择了蚁群算法来对虚拟交通流进行智能优化。本文根据虚拟交通流模拟的特点，对蚁群算法进行了改进，使之能够适用于城市道路虚拟交通流模拟，并使用此算法实现了虚拟交通流的智能优化。
最后为了使研究成果能够适应虚拟现实环境下行人交通安全教育和城市道路交通流运动研究的实际需要，作者应用本文研究成果研制了城市道路虚拟交通流智能模拟系统。本文提出的研究方法和实现技术均以北京市海淀区五道口地区的实际交通数据为实例进行了验证和实际应用，证明了方法和技术的可行性。
Virtual Reality (VR) has been convinced to be appropriate for urban road trafficflow’s simulating, which is the main part of urban traffic. The simulation of urban roadtraffic flow can give an important consultation to virtual traffic safety education forpedestrians and research of urban road traffic flow. This paper deeply researched on thetheories, methods and technologies of urban road traffic flow’s virtual simulating fromthe microscopic view to the macroscopic view, and developed an intelligentializedvirtual urban road traffic flow simulation system.
Firstly the base of virtual traffic flow’s simulating-3D modeling in virtualenvironments was researched, and the transformation of3D models between differentformats was achieved on the platform of OpenGL so that they can be rendered in realtime. The level of details (LOD) technique and the particle system technique were alsoused to help establishing urban roads’ and buildings’ models under different climates.
Then in order to set virtual cars in motion, the animation control in VR was studied,and the virtual map network was structured with a linked list network based on thenodes of traffic lanes in roads. It became the data foundation of virtual cars’ motion.After that drivers’ normal mode of selecting routes was analyzed and the virtual vehiclerouting algorithm based on the judgment of mutual positions was proposed. Virtualcars’ routes’ calculating and guiding were also fulfilled with the algorithm.
Vehicles’ behavior characteristics under various traffic situations were investigatedand different motion strategies were endued with virtual cars to intelligentize theiractions so that they can manage varied circumstances. Then intellectualized cars werecongregated as a primary virtual traffic flow and random disturbances were added in.
For the purpose of virtual traffic flow’s further intelligentization, intelligent controlmethods were researched and the ant colony algorithm was chosen to optimize thesimulation of virtual traffic flow. The ant colony algorithm was modified according tothe features of the virtual traffic flow simulation before it applied in intelligentoptimization of the virtual traffic flow.
At last a virtual urban road traffic flow simulation system was developed by theauthor to adapt to the actual needs of pedestrian traffic safety education in VR andurban road traffic flow study. Methods and technologies of the research were applied and verified by the practical traffic data of Wudaokou district in Beijing, and they wereproved to be feasible.
作为城市道路交通流模拟的基础，本文首先研究了虚拟现实三维建模方法，通过OpenGL实现了不同格式的三维模型的转换，以便于模型在虚拟环境中的实时渲染，然后使用层次细节模型技术和粒子系统技术作为辅助，建立了不同环境下的城市道路和建筑模型。
为了实现虚拟车辆在虚拟环境中的运动，本文研究了虚拟现实动画控制方法。之后以车道为基本单位，使用网状链表的形式将所有车道连接成为道路网络，构建了虚拟车辆运动的数据基础。本文还分析研究了车辆驾驶员选取路径的方式，提出了基于目的地相互位置判断的车辆路径算法，并使用此算法实现了虚拟车辆的路径计算和自动运动。
根据车辆在不同交通状况下的行为特点，本文为虚拟车辆赋予了多种智能化的运动策略，使车辆能够合理应对各种情况，实现了虚拟车辆的智能化运动。然后本文为虚拟车辆的集合添加了一定的随机扰动，形成了初步的城市道路虚拟交通流。
为了进一步对虚拟交通流进行整体智能化模拟，本文深入研究了智能控制方法，并选择了蚁群算法来对虚拟交通流进行智能优化。本文根据虚拟交通流模拟的特点，对蚁群算法进行了改进，使之能够适用于城市道路虚拟交通流模拟，并使用此算法实现了虚拟交通流的智能优化。
最后为了使研究成果能够适应虚拟现实环境下行人交通安全教育和城市道路交通流运动研究的实际需要，作者应用本文研究成果研制了城市道路虚拟交通流智能模拟系统。本文提出的研究方法和实现技术均以北京市海淀区五道口地区的实际交通数据为实例进行了验证和实际应用，证明了方法和技术的可行性。
Virtual Reality (VR) has been convinced to be appropriate for urban road trafficflow’s simulating, which is the main part of urban traffic. The simulation of urban roadtraffic flow can give an important consultation to virtual traffic safety education forpedestrians and research of urban road traffic flow. This paper deeply researched on thetheories, methods and technologies of urban road traffic flow’s virtual simulating fromthe microscopic view to the macroscopic view, and developed an intelligentializedvirtual urban road traffic flow simulation system.
Firstly the base of virtual traffic flow’s simulating-3D modeling in virtualenvironments was researched, and the transformation of3D models between differentformats was achieved on the platform of OpenGL so that they can be rendered in realtime. The level of details (LOD) technique and the particle system technique were alsoused to help establishing urban roads’ and buildings’ models under different climates.
Then in order to set virtual cars in motion, the animation control in VR was studied,and the virtual map network was structured with a linked list network based on thenodes of traffic lanes in roads. It became the data foundation of virtual cars’ motion.After that drivers’ normal mode of selecting routes was analyzed and the virtual vehiclerouting algorithm based on the judgment of mutual positions was proposed. Virtualcars’ routes’ calculating and guiding were also fulfilled with the algorithm.
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For the purpose of virtual traffic flow’s further intelligentization, intelligent controlmethods were researched and the ant colony algorithm was chosen to optimize thesimulation of virtual traffic flow. The ant colony algorithm was modified according tothe features of the virtual traffic flow simulation before it applied in intelligentoptimization of the virtual traffic flow.
At last a virtual urban road traffic flow simulation system was developed by theauthor to adapt to the actual needs of pedestrian traffic safety education in VR andurban road traffic flow study. Methods and technologies of the research were applied and verified by the practical traffic data of Wudaokou district in Beijing, and they wereproved to be feasible.
引文
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