一、虛擬實境建模方法
1、幾何建模
2、運動建模
（1）物體位置
物體位置包括物體的移動、旋轉和縮放。在視景**中，不僅需要乙個全域性性的絕對座標，每個三維物件都需要建立乙個相對座標。對每個物件都給予乙個座標系統，稱之為物件座標系統，這個座標系統原點的位置隨物體的移動而改變。
在虛擬駕駛系統中就是通過控制乙個汽車區域性座標系的運動和變化來模擬汽車的運動過程。
（2）碰撞檢測
在視景**系統中，經常需要檢查物件a是否與物件b碰撞。碰撞檢測需要計算兩個物體的相對位置。許多視景**系統在實時計算中都是採用obb包圍盒檢測法，運用這種方法可以節省時間，但降低了精確性。
3、物理建模
虛擬物件物理建模包括定義物件的質量、重量、慣性、表面紋理、光滑或粗糙、硬度、形狀改變模式（橡皮帶或塑料）等，這些特性與幾何建模和行為規則結合起來，形成了更真實的虛擬物理模型。
4、行為建模
在虛擬駕駛系統中，行為建模主要包括兩個方面，一方面是對駕駛員所操縱的汽車的行為進行約束，建立汽車操縱模型，使其符合汽車自身的運動和駕駛人員的操作步驟；另一方面是對場景中非受控物體的行為進行建模，使其的運動符合自然規律，比如場景中自動執行的汽車、路旁的行人等。
5、模型分割
二、虛擬駕駛系統各模組功能分析和開發方案確定
1、汽車虛擬駕駛系統的構成
汽車虛擬駕駛系統主要由虛擬駕駛操作輸入系統、汽車動力學模型、運動**模型、實時操縱模型、場景管理管理平台、視景和聲音渲染輸出以及汽車資料模型庫、場景模型庫和聲音模型庫等組成。其中汽車動力學模型、運動**模型、實時操縱模型和虛擬駕駛場景管理平台是汽車虛擬駕駛系統的核心子系統。
系統的工作過程如下：在系統初始化時，根據使用者的需求從汽車資料模型庫中將用於**的車輛資料模型調入到動力學模型中，同時選擇執行的三維場景，通過模型解析模組把它從場景資料庫中調入場景管理平台；在**過程中，駕駛人員通過虛擬駕駛操作輸入系統進行模擬駕駛操作，人機互動介面將油門、制動、換檔和轉向等動力學操作資訊以及發動機啟動、喇叭鳴笛等按鈕操作狀態送入汽車動力學模型和實時操縱模型中；經過**計算後，汽車運動**資料被送入運動攝像機模組中控制場景內攝像機的運動，同時汽車的行駛姿態還受到地面因素的影響；然後，場景管理控制模組根據此時攝像機的運動狀態，通過視景渲染模組將三維場景在投影螢幕上實時反映出來，模擬視景變化，形成行車體感，並且通過虛擬儀表輸出此時的汽車執行引數。另外，為了增強虛擬駕駛的沉浸感，系統還安裝有音響系統，根據駕駛人員的操作和汽車執行的狀態，從聲音模型庫中調出相應的聲音特效，如汽車的發動機轟鳴聲、喇叭鳴笛聲、緊急制動等通過聲音渲染模組輸出。
2、虛擬駕駛操作輸入系統
模擬駕駛輸入系統是用來模擬汽車駕駛艙中的駕駛操作機構，它配備了方向盤、檔位操縱桿、離合器踏板、制動踏板、油門踏板以及其他輔助裝置。在駕駛模擬過程中，駕駛員可以根據渲染場景的變化和儀表的顯示，操縱輸入系統中的方向盤、離合器、制動器、油門和檔位操縱桿等部件，人機互動模組將這些操作資訊送入汽車動力學模型計算後，對場景中運動攝像機的位置和方向做出相應的調整，並將**結果輸出到顯示屏上，從而對駕駛過程進行模擬。
3、虛擬駕駛場景管理平台
虛擬駕駛場景管理平台各子模組的功能如下：
1)人機互動介面模組：
該模組將各種駕駛操作輸入訊號經資料轉換為數碼訊號，送入汽車動力學模組中進行計算，形成控制場景運動和渲染的訊號，是駕駛作業系統、場景管理平台和汽車動力學模型之間的橋梁。
2)運動攝像機模組：
該模組根據汽車動力學模組的計算結果，模擬出符合汽車運動特性的運動攝像機，並輸入到場景管理控制模組中。
3)場景管理控制模組：
該模組有機地整合了場景管理平台中的其餘模組，並且和汽車的動力學模組結合起來，通過處理訊息函式，完成場景調入、人機互動、聲效處理和視景渲染等內容。
4)視景、聲效和操作介面渲染模組：
視景渲染模組根據汽車動力學模型計算好的運動攝像機控制引數和位置資訊，通過一系列變換後將虛擬場景渲染到顯示投影裝置上，並提供給駕駛者，實現虛擬汽車運動時相對於周圍環境運動畫面的連續顯示，以形成行車效果。聲效輸出模組可以根據當前的汽車執行狀態和操作人員的輸入，模擬輸出此時汽車執行時發出的各種聲音，例如：發動機的轟鳴聲、喇叭鳴笛、汽車執行的風聲等。
操作介面渲染模組主要實現汽車駕駛輔助資訊和虛擬儀表的顯示。
5)模型解析模組：
虛擬駕駛系統中的場景模型經過3d建模軟體製作後存為某種固定的格式，該模組將模型從這種格式中解析出來，並且進行必要的優化，提高場景檢索速度，提公升渲染質量。
可使用directx、opengl等提供的函式庫設計來設計視景渲染、三維模型解析、運動攝像機、人機互動和聲音處理等基礎類庫，構建汽車虛擬駕駛場景管理平台。
4、場景和聲效資料庫
5、汽車動力學**模組
模擬汽車運動的汽車動力學**模組包括汽車資料模型、汽車動力學模型、汽車運動**和操縱模型等幾個方面。
6、虛擬駕駛系統的軟硬體平台
vc++6.0軟體平台結合c++和driectx9.0函式庫進行虛擬駕駛系統研究和開發。
採用3d max 7.0作為整個系統中場景建模和動畫建模工具，場景中的貼圖和紋理採用photoshop影象處理軟體來編輯。
虛擬駕駛系統場景管理平台設計
一、場景管理平台系統功能模組
針對虛擬駕駛所應用的場景管理平台可具備以下的兩大部分功能模組。
（1）核心模組
該模組完成場景管理平台所需要的一些最基本的處理功能，這是平台中最重要的一部分，又可以分為以下一些子模組：
①幾何運算模組：該模組的功能是實現影象顯示過程中基本的二維和三維幾何代數運算。模組中主要定義了二維、三維向量，變換矩陣以及它們之間的代數運算關係。
這些基本的幾何運算是三維引擎最基礎的技術。
②視景渲染模組：該模組是實現視景圖形渲染的核心模組，它從資料庫中提取相應的場景資料，根據當前攝像機所處的方位實現基本圖元的繪製、光照材質處理、紋理對映以及三維特效等，構造出三維場景。三維渲染引擎的好壞，在很大程度上取決於視景圖形渲染模組的質量。
渲染方法分為軟體渲染和硬體渲染兩種，軟體渲染方式主要有directx和opengl兩種實現方式。
③攝像機控制模組：該模組完成對場景的漫遊和顯示。它按照人類的正常視覺對場景進行處理，通過可見範圍計算裁剪掉視域外的內容，然後通過攝像機的視口變換和投影變換把裁剪後場景投影到螢幕空間。
④碰撞檢測模組：碰撞檢測是三維圖形引擎中不可缺少的一部分，應該根據具體的應用選擇不同的碰撞檢測演算法。在虛擬駕駛過程中，為了增強駕駛的真實性，場景中行駛的汽車需要進行地形檢測、固定物體碰撞檢測以及活動物體碰撞檢測等。
常用的檢測演算法有包圍盒檢測和射線/多邊形檢測等。
⑤模型解析模組：該模組將模型從資料庫儲存格式中解析出來，並且渲染過程進行優化處理，提高場景檢索速度，提公升渲染質量。
⑥聲音處理模組：該模組完成場景管理平台中的聲音和音效處理。在虛擬駕駛過程中，根據汽車的運動狀態和駕駛人員的各項操作，汽車將發出的發動機轟鳴聲、緊急制動聲、喇叭鳴笛聲、風聲、與物體碰撞發出的碰撞聲以及外圍環境聲音等。
⑦人機互動模組：該模組主要在操作人員的輸入、汽車動力學模型與虛擬場景建立起乙個互動的橋梁，能夠根據人員的操作來實現視景的實時渲染改變，並且通過力反饋裝置將場景中的某些資訊反饋給操作人員。
⑧系統管理模組：該模組是場景管理平台的核心，它建立整個平台程式的視窗並控制程式流。在程式執行過程中，系統管理模組將場景管理平台中其餘的模組有機地整合起來，通過處理訊息函式，呼叫相應的模組完成場景調入、使用者輸入、聲效處理和視景渲染等。
（2）非核心模組
這些模組為虛擬駕駛場景管理平台擴充套件性的部分，包括以下幾個模組：
①立體顯示模組：為了提高虛擬駕駛系統的沉浸感，可根據雙目立體投影演算法為系統增加立體顯示模組，通過主動立體投影或者被動立體投影，實現場景的立體顯示。
②輔助功能模組：該模組為場景管理平台提供一些輔助功能。對於不同的應用領域，這些輔助功能會有所不同，但其執行過程由主程式來控制，程式根據觸發事件的不同，把不同的訊息傳送到與該事件相關的模組進行處理。
如在虛擬駕駛過程中可以為駕駛人員提供顯示汽車的執行狀態資訊、標誌資訊以及場景的提示資訊等。
③網路通訊模組：該模組主要為場景管理平台提供網路通訊、資料傳輸以及聯網控制等功能。場景管理平台使用的網路傳輸協議主要是tcp/ip或ipx協議。
通過網路技術，還可以進一步實現多通道投影和多人網路聯合**。
④各種特效模組：該模組為具體的虛擬實境提供一些特效，如雨滴、雪花、汽車尾氣、噴泉等粒子系統，汽車的後視鏡以及虛擬儀表等。實現該模組要根據不同的特效採用適當的演算法，特效的實現通常比較消耗系統資源，因此實現時要在特效效果和渲染複雜度中取乙個平衡。
⑤運動錄製模組：該模組能夠記錄攝像機的運動軌跡，用於**結束後對駕駛人員的操縱過程進行分析。
二、人及互動控制
場景系統輸入控制包括由駕駛者控制汽車運動的基本操作，包括對方向盤、油門、離合、剎車和檔位轉換等，以及觸及點火開關、轉向指示燈按鈕、喇叭鳴笛按鈕等輔助性操作，還有就是針對軟體執行過程中的某些設定功能的鍵盤和滑鼠操作。讀入的汽車運動控制資訊，通過汽車的動力學模型運算後，互動控制視覺場景的顯示。畫面輸出除了視景的變化外，同時輸出經過汽車動力模型計算後產生的汽車執行資訊，包括當前速度、檔位、點火開關狀態、鳴笛狀態、轉向指示狀態等。
如果僅僅依賴windows的訊息機制，系統的實時性則難以達到要求，由於directinput直接與裝置驅動進行通訊，具有底層輸入獲取的處理能力，其能夠立即響應硬體的中斷，不需要經過windows系統的訊息機制，保證訊號處理的實時性，所以本程式利用directinput元件提供的輸入介面功能，實現控制訊號的輸入。輸入裝置包括三個裝置：滑鼠、鍵盤和專用的駕駛模擬遊戲杆。
利用了主機板上的鍵盤和滑鼠輸入介面，使輸入訊號以系統能識別的鍵盤滑鼠相容的資料形式輸入系統，由directinput獲取並處理，遊戲杆採用最新的羅技公司生產的針對賽車類遊戲的專業g25型遊戲杆，它可以提供包括對方向盤、油門、離合、剎車和檔位的操作，通過directinput介面將駕駛操縱訊號輸入到場景管理平台中。
1、操作裝置輸入的設定和初始化
。directinput物件在程式中表徵directinput子系統，用於查詢和管理輸入系統。建立directinput物件之後，可以使用該物件的介面方法查詢系統中的可用輸入裝置，並為程式中需要使用的每乙個裝置建立乙個directinputdevice物件。
在directinputdevice裝置物件建立出來後，必須為它設定裝置的屬性和資料的讀取格式。每乙個directinputdevice物件都表示了乙個輸入裝置，通過對裝置屬性的設定，將裝置物件設定為滑鼠、鍵盤、遊戲杆等，並且設定了directinput裝置的資料讀取模式。
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