（企业管理专业论文）基于真实场景的虚拟减速标线视频试验平台的开发研究.pdf

摘要 交通标志标线是向驾驶员提供诱导、管理信息的载体，是一类以图形、符号、线条、 文字向驾驶员及行人传递法定信息，用以管制、警告及引导交通的安全设施。而目前对 交通标志标线的研究主要集中在标志的颜色、尺寸和标线的材料、施工方法等方面，对 于标志标线的效果，特别是减速标线的视觉效果的研究相对来说较少。 本文在讨论了道路减速标线的分类、颜色尺寸的设计和视觉效应以及分析了驾驶员 的视觉交通行为的基础上，应用b o u j o u 高级摄像机跟踪软件和三维建模软件m a y a ，在 所拍摄的真实道路场景上添加虚拟减速标线，得到了交通标线的视频试验平台。设计制 作了四种减速标线，并利用驾驶模拟器驱动录像来对驾驶员进行测试，填写相关的主观 视认性评价调查表，以检查不同类型减速标线的减速效果以及此试验平台的可行性。视 频试验结果表明，添加的虚拟减速标线的真实感较好，所开发的视频试验平台能够评价 不同减速标线对车速的控制效果，可用于从道路交通安全心理学、人机工程学和道路交 通安全工程学角度研究道路交通标志标线对交通安全的影响，为研究交通标志标线的视 认效果提供了一条新的研究途径。 关键词：减速标线、真实场景、试验平台、主观评价 a b s t r a c t t r a f f i cs i g n sa n dm a r k i n g sa sac a r r i e rt op r o v i d et h ei n d u c t i o n 、m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n f o rt h ed r i v e r , a r ei nac l a s so fg r a p h i c s 、s y m b o l s 、l i n e s 、t e x tt op a s sl e g a li n f o r m a t i o nf o r d r i v e r sa n dp e d e s t r i a n sa n du s et oc o n t r o l 、w a i na n dg u i d et h et r a f f i cs a f e t yf a c i l i t i e s t h e c u r r e n ts t u d yo ft r a f f i cs i g n sa n dm a r k i n g sf o c u s e do nc o l o r 、s i z eo ft h es i g n sa n dm a t e r i a l so f m a r k i n g s ，c o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，b u tt h ee f f e c to fm a r k i n g sa n ds i g n s ，e s p e c i a l l yt h es t u d yo f t h ev i s u a le f f e c to ft h es l o w d o w nm a r k i n g si sr e l a t i v e l ym o r el e s s t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ec l a s s i f i c a t i o n 、d e s i g np r i n c i p l e sa n dv i s u a le f f e c t so fr o a d t r a f f i cm a r k i n g s ( e s p e c i a l l ys l o w d o w nm a r k i n g s ) ，a sw e l la sa n a l y s i so ft h ed r i v e r s v i s u a la n d b e h a v i o rc h a r a c t e r i s t i c so fi m p a c tt h es l o w d o w nm a r k i n g si d e n t i f i e d u s i n gb o u j o uc a m e r a t r a c k i n gs o f t w a r ea n dh i g h l e v e lt h r e e - ，d i m e n s i o n a lm o d e l i n gs o f t w a r em a y a t oa d ds l o w d o w n m a r k i n g so nt h er e a lr o a ds c e n ea n dh a sb e e ng o tt h ee x p e r i m e n t a lp l a t f o r m o ft r a f f i c m a r k i n g s m a r k i n gf o u rs l o w d o w nm a r k i n g s ，t h e nd r i v i n gt h i sv i d e ob yd r i v i n gs i m u l a t o rt o t e s tt h ed r i v e r s ，t h ed r i v e rf i l l e di nt h es u b j e c t i v ea s s e s s m e n tq u e s t i o n n a i r ei no r d e rt oc h e c k t h es l o w d o w ne f f e c tb yu s i n gd i f f e r e n tt y p eo fs l o w d o w nm a r k i n g sa sw e l la st h ef e s a i b i l i t yo f e x p e r i m e n t a lp l a t f o r m t e s tr e s u l t ss h o wt h a ta d da v i r t u a ls l o w d o w nm a r k i n g sd e c e l e r a t i o no f r e a lg o o d ，d e v e l o p e db yt h ev i d e ot e s tp l a t f o r mt oe v a l u a t et h ed i f f e r e n ts l o w d o w nm a r k i n g s d e c e l e r a t i o no ft h es p e e dc o n t r o lc a l lb eu s e dt h ev i e wo fr o a dt r a f f i cs e c u r i t yp s y c h o l o g y 、 e r g o n o m i c sa n dr o a dt r a f f i cs a f e t ye n g i n e e r i n gt or e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo fr o a dt r a f f i c m a r k i n g st ot r a f f i cs a f e t y , p r o v i dan e ww a yt os t u d yt h ev i s u a le f f e c to ft r a f f i cs i g n sa n d m a r k i n g s k e yw o r d s ：s l o w d o w nm a r k i n g s ，r e a ls c e n e ，e x p e r i m e n t a lp l a t f o r m ，s u b j e c t i v e e v a l u a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，对论文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文不包 含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 麇级 川雷年蝴训阳 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。 本人离校后发表或使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 3 g 年l2 - - 月7 d - 日 g 年| 互r s - e t 钆中劲 长安人学硕学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 1 1 1 道路交通标志标线在交通系统中的作用 开车上路要确保通行安全，一个重要的前提就是看清并遵守各种交通标志、标线及 信号灯。交通标志标线的作用就是指明道路特点，提示司机操作，确保交通安全幢引。 道路交通标志是用图形、符号、颜色、文字向驾驶员及行人传递法定信息，用以管 制、警告及引导交通的安全设施，是道路交通的向导，是交通法规具体化、形象化的表 现形式，在道路交通管理中占有重要地位。 道路交通标线是以规定的线条、箭头、文字、立面标记、突起路标或者其他导向装 置，划设于路面或其他设施上，引导司机视线，确保车流分道行驶，导流交通行驶方向- 指引车辆在汇合或分流前进合适的车道，促使更好地组织交通，加强车辆行驶纪律和秩 序乜们乜。 交通标志、标线被人们称之为“无声的交警修，它向人们提示着在行车、走路时该 怎样走，应注意什么等，对维护交通秩序、保障行车安全都起着极其重要的作用。道路 交通标志和标线是道路的语言，是规范道路交通行为的重要基础设施。两者相互补充， 可以配合使用，也可以单独使用，道路交通标线和道路交通标志在内容、性质、作用上 有许多共同点，但也有一定的区别。例如交通标志的管理范围只能大致地指出，而交通 标线本身就十分明确地划清了其适用范围和界限恤1 。 由此可以看出，道路交通标志标线在道路交通系统中都各自发挥着非常重要的作 用。据统计，交通标志标线的投入还不到道路建设总造价的2 9 6 ，但它所起到的作用却是 无法替代的。国外的相关研究也表明标志标线与事故的相关率高达7 2 ，合理设置标志 标线可以提高运输效率3 0 。所以开展对道路交通标志标线的研究，在不改变原有道路 线形，不进行大规模的土木工程改造的前提下，通过完善公路交通标志标线，给驾驶人 员提供必要的交通安全信息，是减少交通事故的有效途径之一。 1 i 2 交通标线效果研究方法 现有对道路交通标志标线的研究主要集中在标志的颜色、尺寸和标线的材料、施工 方法等方面，而对于标志标线的效果特别是减速标线的视觉效果的研究相对来说较少。 在这方面的研究集中起来可以分为两大类。一类是实际道路的交通标线的试验，另一类 第一章绪论 是完全虚拟实验室环境下的交通标线的试验。这两类方法各自的特点分别如下n 7 ： 1 实际道路环境下交通标线的试验 实际道路环境下的交通标线的试验，主要是利用人工操作的方法在道路上划线，其 优点是真实感强，可以真实地反应道路的实际情况，可信度高。缺点可概括为几下几点： 1 ) 在试验时需要铺设好要试验的标线，试验时需要大量的司机驾驶车辆行驶在划有 标线的道路上，因此成本高，工作量大。 2 ) 由于受气候条件，雨雪天气等客观因素的影响，使得主观评价试验环境条件的一 致性难以实现。 3 ) 试验的可重复性差。由于做完一种交通标线再进行另一种交通标线的试验时，需 要将原来的交通标线去除，添加上新的减速标线，使得操作起来比较困难，而变更试验 路段，又会影响试验的环境，使得试验的一致性得不到保证。 2 完全虚拟环境下交通标线的试验 完全虚拟环境下交通标线的试验，是采用基于三维制作软件的方式，设计制造出三 维立体仿真场景和交通标线，在驾驶模拟器上对所添加的标线进行测试，其优点是成本 低，工作量相对较小，可重复性高，且能保证试验一致性并且可以组织大量的驾驶员在 驾驶模拟器前进行试验，样本量大。缺点是： 1 ) 由于试验场景是虚拟的道路场景，因此试验缺乏真实感。 2 ) 试验效果的评价与实际情况的差距过大，影响了评价的可信度。 鉴于上述两种测试方法存在的优缺点，本文研究的主要思路是综合以上两种方法的 优点，找到一种既能反真实道路环境，又能对道路环境进行重复性试验，并且可以大样 本的进行试验，实现多种方案的比较，使所建立的视频试验平台更具说服力。 1 2 国内外交通标志标线研究现状 有关道路交通标志标线的研究，在国内外虽然取得了一些成就，但是通过对国内外 相关领域研究现状的调查，发现大部分研究只是集中在标志标线的设置和标志标线的视 认性两方面，而开展真实场景的标志标线视频试验较少。 1 2 1 标志标线设置研究 标志标线的设置主要是对标志标线的尺寸、颜色、功能、材料和施工方法等方面的 研究。张谨的道路交通标志标线警示能力研究限速标志设置研究h 妇通过理论研 究和昆明理工大学交通工程学院自主研发的驾驶模拟器上进行限速标志合理有效设置 2 长安人学硕学位论义 场景模拟研究，并结合工程实践的方法，探究道路交通标志的警告和示意能力。主要是 对重复设置交通标志的警示能力的研究，是在驾驶模拟器上进行的，论文中提出，如果 在真实场景中试验，效果会更好。 王玉全，孔丽的浅谈高速公路的交通标志设计h 3 1 对高速公路交通标志从标志版 面的大小，内容，颜色，反光要求，支撑方式等方面进行了讨论。 郑安文，牛倬民的高速公路静态交通标志设置科学性分析中研究了交通标志 视认距离，空间的安置方式，同时并设及列队连续设置等因素对静态交通标志设置的影 响。 刘浩学的公路交叉口交通标志设置的工效学分析主要分析了交叉口交通标志 的设置地点、空间位置。多个标志的同时并设和连续设置，以及交叉口前置预告和过后 确认标志进行了工效学分析。 d a v i d ，c r u n d a t l ，g e o f f r e yu n d e r w o o d ( 、 i 满意 试验平台制作完成 视频驱动对驾驶员进行测试 图3 1 平台制作流程图 不满意 长安大学硕上学位论文 3 3 2 录像的拍摄1 7 1 3 3 2 1 镜头的选择 由于要对驾驶员进行主观测试，为了使得录像的效果尽量逼真，我们在录像拍摄时 候就要求摄像机拍摄的视角和人眼看物体时候的视角尽量接近。因此我们选择的是标准 镜头。简单说，标准镜头就是与人眼的视角相近焦距镜头，它的焦距的长度等于成像画 幅的对角线，如：1 2 0 相机的画幅对角线长度是7 5 r a m ，它的标准镜头焦距是7 5 m m 。 而焦距为3 5 m m - 5 0 m m 的镜头长度都可以很好的匹配人眼的视觉系统。 录像机的选择对录像质量有着重大影响，随着数字技术的发展，数字视频录像机可 以将图像与声音均采用数字的方式进行处理和记录，消除了复制录像时图像质量的损 失，同时可以直接进入计算机和有计算机控制的数字化设备。同时由于数码摄像机的普 及和发展，已经使得它大众化。因此，我们可以采用数码摄像机来进行拍摄。本试验中 我们采用的是松下n v - m x 3 0 0 e n a 家用摄像机，说明书中没有给出摄像机的等效焦距， 可以通过感光面的水平线视角相等的换算法的计算它的等效焦距。 感光面( c c d ) 的水平线视角相等的换算法【4 l l ： fi 等f t 其中：厂是等效的镜头焦距( 单位：r a m ) ， 是数码相机镜头的实际焦距( 单位：m m ) ， 吐是数码相机感光面( c c d ) 对角线的长度( 单位：m m ) ， 松下n v - m x 3 0 0 e n a 摄像机相关参数如表3 1 ： 表3 1 松下n v - m x 3 0 0 e n a 摄像机相关参数 ( 公式3 1 ) 电源 直流7 9 v 7 。2 v 电力消耗 拍摄中：5 6 w ( 使用电子寻相器) 6 3 w ( 使用液晶显示监视器) 拍摄规格 微型d v ( 用户使用数位影像s d 格式) 使用录影带 6 3 5 m m 数值影像录影带 电视制式 c c i r ：6 2 5 线、5 0 场p a l 彩色信号 图像感应器 1 4 英寸3 c c d 图像感应器 有效像素( 3 6 0 k + 3 ，总共5 7 0 k 3 ) 第三章视频试验平台的研制 镜头自动光圈、f 1 6 、聚焦长度：3 5 5 - 4 2 6 m m 适崩焦距( 全光a f ) 滤光直径 4 3 m m 变焦1 2 ：1 动力变焦 监视器 2 5 英寸液晶显示监视器 电子录像器彩色电子寻像器 由参数可知，摄像机的聚焦长度为3 5 5 4 2 6 m m ，1 4 英寸( 靶面尺寸为宽3 2 m m * 高2 4 m m ，对角线4 m m ) 3 c c d 图像感应器。所以摄像机的最小等效焦距： ，：4 3 2 7 3 5 5 m m ；3 8 5 m m 。4 m m 最大等效焦距： a 大；黑心翩m 瑙o s 一 为3 8 5 m m - 4 6 0 8 m m 。而在拍摄的时候为了匹配人眼的视角和视野，我们选用最小 的焦距3 8 5 m m 。 3 3 2 2 试验仪器的选择 1 摄像机一台( 松下n v - m x 3 0 0 e n a ) ； 2 卷尺一把( 用来测量摄像机视高) ； 3 试验车一辆； 4 三脚架一个( 用于固定摄像机) 。 3 3 2 3 道路录像的录制过程 利用3 3 2 1 所选好的镜头参数( 焦距3 8 5 m m ) ，用摄像机拍摄一段路的视频录像。 录像拍摄时车辆尽量行驶在车道的中央，尽量不要有左右偏移或蛇形运动，录制时标注 出摄像机视点的视高。 同时，在道路录像的拍摄过程中，考虑到驾驶员视角的实际情况和拍摄角度的特点， 最好选用中型轿车和俯摄与平摄相结合方法进行拍摄，视点要在和驾驶员的实际视点重 合，由于这样会影响驾驶员的操作，所以允许有一定的误差，但是要求尽量向驾驶员的 视点处靠近，这样即符合一般驾驶员的实际视角且有利于道路实景的拍摄。 表3 2 是在录制过程中的一些数据的记录。 k 业 半删l 学论i 表3 2 试验数据的记录 第一次：驾驶爨椅子上1 5 7 c m 视高 第2 次：仪表盘庠上1 4 8 e r a 车速 4 0 k m h ( 1 1l m s ) 乍道宽度 3 3 0 e r n 3 33 录像视频的采集 我们已经进行了录像的拍摄，拍摄好录像以后，就要求把录像导出，印录像的采集， = ；l 像采集的步骤如f ： 1 使用i e e e l 3 9 4 连接器将d v 设备和计算机连接好( 必须事先确定计算机装有1 3 9 4 聚集卡) 。 2 打开d v 设备，将它设霞成回放模式，一般标注为v t r 和v c r 。 选择绘声绘影编辑器，点击捕获，捕获视频。如图3 2 所示 _ _ 。备口兰凶五置盈匾口j _ 豇口i 面互i 蕊 _ a _ oo ， 净两醐盈霜 盘d - 图3 2 预设模式设置 4 点击捕获视频后弹出3 3 所示的页面，在弹出的采集窗口中，可以对采集的视频 的一些技术项目进行设置。图中的一块黑色区域是采集预览区，当有采集源接到电脑后 ( 如通过1 3 9 4 采集数码摄像机视频) ，在此区域就可咀看见数码摄像机的图像了。 下方是采集控制按钮，用来遥控数码摄像机，f = 对其视频信号进行采集，同时这里 可以设定采集的区间，对录像巾的区刚进行采集。设胃好红框中圈出的项p t ，包括需要 聚集的k 间，格式，和采集好存放的文件火等。这里我们格式选的足a v i 格式( a v i 格 垒一 d 旧。售 第= $ 视频试验p 卉的研制 式是一种w i n d o w s 发明创造的视频音频文件，d v 的原始素材采集就是一种a v l 标准的 视频格式，它的好处是尽量保存了原始视频的画面和声音质量，文件的兼容性非常蚶， 几乎没有不认它的软件，缺点是体积特大，需要大硬盘束装) 。由于a v i 格式的视频文 件很大( 大概每采集4 分钟约占磁盘1 g 的空问) ，凼此在这里应该尽量把采集下来的视 频和音频保存在磁盘空问较大的硬盘中。都设置好后点击捕获视频。就开始视频的采集 了。在项目素材采集预览区下面，显示了快进、倒退、播放和停止等按钮，可以通过点 击这些按钮来选择要输出的区间。 ” ， 7 互0 。i = 二二：= 一二二j 1 。1 。 _ 口a _ 口_ 母o ； 圈豳誊泊黼函圈 一一 图3 3 采集菜单 5 当到达需要的区域以后，就可以停i t 采集了。如图3 4 ，点击停止捕获。这样我 们需要的视频就存放到刚才所设首的文件夹f i 面了。 k 尘 学碗l 学位* z 三亘e ! ，重三至重三j 匾三要重三三塑= 三衄 a 囡z 月j 一硒 图嘲导i 毡量童 f 兰兰= _ 一 j ，二一 ，目 o l 圉3 , 4 栗橐窗口 6 采集完成后，所需要的录像就存入电脑里了，可以供以后的编辑使用。将摄像机， e e e l 3 9 4 线等拆下放好。视频的采集过程就完成了。 3 34 真实场景中添加减速标线的制作 本文在实景录像中添加减速标线的制作主要包括两部分内容。第一部分是利用 b o u j o u - 软件对我们所拍摄的录像进行摄像机路径跟踪，通过这一步骤我们可以计算出摄 像机的运动( 位置、旋转和焦距) 和许多特征点的空间参考位置即三维空间参考点等。第 二部分就是通过第一部分反求出的摄像机参数，在三维软件m a y a 里进行减速标线的建模 制作。 3 34 1 摄像机路径跟踪 l 打开b o u j o u 软件在t o o l b o x 窗口中单击i m p o r ts e q u e n c e ( 导入序列) ，一个“导 入序列对话框”将会弹出( 如图3 5 ) ，在弹出的对话框中选定合适的文件路径( 在这早 我们把所拍摄的录像在p r e m i e r e p r o 里转换为图片格式导入的，因为 v i 等电影格式有 很多编码方式，可能会导致b o u j o u 跟踪较慢或死机的情况) f 默认设置即可。 第二章视频试验甲台的研制 图3 5 导 文件 2 在t a s k v i c w ( 作q k ) 窗口中，双击任务树下的c a m e r a l ，打开摄像机对话框( 如图 36 ) ，b o u j o u 会根据紊材自动选择合适的摄像机设置参数，接受默认设置，单击o k 按 钮。 图3 6 摄像机参数设置 k 女人学坝i 学论女 3 接着在t a s k v i e w ( 作业) 窗ul _ l ，点击f o c a ll e n g t h ，打丌f o c a ll e n g t hp r o p e r t i e s 对晒框( 如图37 ) 设置摄像机焦距，因为我们在拍摄录像时摄像机镜头的焦距值为3 85 ， 所以v a l u e 中数值笈为3 85 。 母3 7 焦距设置 4 做完上述这些我们就可以开始特征点跟踪了。在t o o l b o x ( 工具栏) 窗口q 】，单击 t r a c kf e a t u 托s ，t l a c kf e a m 聘s ( 特征点跟踪) 对话框将会出现( 如图38 ) ，默认选择跟踪 所有序列帧a l l1 f t a m e s ，你也可以选择跟踪序列音勺一部分s o l e t i e dr a n g e ，并设置起始 s t a r t 和结束帧e a d 点击高级设置a d v a a c a d 按钮打开高级设置菜单，设置如图3 8 所示。特征点跟踪过程如圈39 所示。 图3 8 特征点跟踪 第= 视频试验甲台的研制 图3 9 特征点跟踪过程 5 自动跟踪完成后就可以进行摄像机反求，计算出摄像机的运动( 位置、旋转和焦 距) 和许多特征点的空间参考位蔑即三维空间参考点。点击工具箱中的摄像机反求 c a m e r as o l v e 按钮，打丌摄像机反求对话框( 如图3 1 0 ) 选择反求模式，保持默认状态， 按s t a r l 开始反求。 图3 1 0 摄像机反求 安 学碰l 学论z 6 摄像机反求结束后，点i狃，切换到3 d 视图查看摄像机轨迹和空间结构 ( 如图31 1 ) 所示有一个相对准确的摄像机轨迹和空间结构。 圈主h 反求后曲视圈 7 可能实际轨迹和空间还是有差异，部分地方有拌动，这样我们就要删除一些错误 的轨迹，做完咀后点击摄像机反求按钮( 直口图31 2 ) ，再反求一次，设置如图所示。 国3 驺摄像机轨迹平滑 第! 章视频试验平台的研制 8 接下来需要给反求空间关系定义一个坐标关系。在2 d 视图( 如图3 1 3 ) 选择一些 空6 j 参考点p r e d i c t i o n s ，如果没有显示勾选右边o v e r l a y s 下的p r e d i c t i o n s ( 展开 p r e d i c t i o n s 。下面a l l 表示所有的空间参考点，u v e 表示当前能看至4 的空间参考点) ，如 图，当前能看到的空间参考点显示为黄色，被挡住看不到的显示为天蓝色。 - 岫 泌f 捌 图3 1 4 定义空间坐标关系( 娘点) k 尘大学顾i 位葩女 1 0 山于减速标线的建模要在m a y a 软件巾，而m a y a 吧二维坐标芙系为y - u p 、z - b a c k ， 而b o u j o u 旱现在是z - u p 、y - b a c k ，因此要把三维关系设为一致a 选择e d i t p e f e r e n c e 如 图3 1 5 ，没置3 d p r e f e r r e dc a m e r ao r i e n t a t i o n 为y - u p 、z - b a c k 。 圈3 1 5 坐标方向的改变 1 1 接着按照步骤9 选择需要的空问参考点，打开设置空间关系对话框在t y p e 栏下分别选择l i n e p a r a l l e l t oya 】【i s ( 平行于y 轴) 和l i n e p a r a l l e l t o xa ) 【i s ( 平行于x 轴) 设 置三维空间坐标关系。 1 2 完成以上设置以后便可以输出摄像机数据了，点击工具箱里摄像机输出按钮 e x p o r tc a m e r a , 打开摄像机输出对话框如图31 6 。在e x t m r td e t a i l s 的e x p o r tt y p e ( 输出 类型) 中选择m a y a ，在m o v e t y p e ( 运动类型) 中选择m o v i n g c a m e r a ，s t a t i cs c e n e ( 摄像 机运动，图像静止) ，点击s a v e 保存即可。 第! 章视频试验平研制 图3 1 6 摄像机输出 3 3 42 战速标线的制作 1 打开m a ”三维软件，选择n e w o p e ns c e n e ，打开上面输出得到的1 11 2 m a s e t 牛。 2 打开后文件如图31 7 所示，选择p a n e l “p e f s p a c c i v e 吖c 啪e 。l 1 - 1 ，如图所示将透视 图转换为摄像机视图( 如图3 1 8 ) 。 爱嗝萼戛雹；= 忑 痧 圉3 1 7 透视图 k t 学l 学位m 女 图3 1 8 摄像机税图 3 新建两个图层( 凼为场景中有根多的摄像机轨迹点以及接下来要添加的减速标线 的模型为方便操作，可以对场景中的物体进行分组管理，自定义将一些物体设置到某 一罔层中，然后通过对图层的控制来决定这组物体是否被显示或选择。) 单击圈层区右 “ 上方的图标掌两次，可以看到图层区已经被快速创建了名为i a y e r | 和l a y e r 2 的两个图层 如图31 9 所示。 sd # 曲rr _ d 群 l w e r jo p t io h e l p d vl m 2 vl w l 圈土埘新建翟层 4 接f 来我们就为图层命名以及为其设置颜色，方便我们以后管理操作，选中 l a y e r l 使之高亮显示，然后双击圈层l 碍c r l ，弹出一个关于图层设置的窗口，如图32 0 所示在n a m e 文本框中输 r e f e r e n c e _ p o i n l s ( 存贮摄像机轨迹点) ，在c o l o 广+ 栏中选择红 色，其他选项默认后单击s a v e 保存。 第- 章觇额试验平台的研制 t 4 a r l r m f e r m 帅 d 岫t m 瓜忑 c d i 圈3 3 0 图层设置 5 执行w i n d o w s h y p e r g r a p h k e r a r c b y 命令，弹出节点超图窗口，如国32 1 所示a m a y a 是一个基于节点操作的软件，在节点超图的作用就是将这些节点直观地显示出来。从固 中我们可以直观地看l t j b o u j o u 软件跟踪出的有关摄像机轨迹点，选中这些轨迹点( 黄色 高亮显示) ，将鼠标指针移动到图层区的r e f e r e n c e _ p o i n t s - - 栏上，右击，选择a d ds e l e c t e d o b j e c t 命令，将摄像机轨迹添加到该层下。 田3 2 1 节点超田 6 接下来要对摄像机参数进行设置，执行v i e w c a m e r a a t t r i b u t ee d i t o r ，右侧通栏显 示如图32 2 所示，将f a r c l i p p l a n e ( 摄像机可以看的最远距离) 数值改为如图所示，否则 将无法看到有些物体。 长生人学硕学位论立 c t 1 _ s “6 * 1c 舯g l u m h i 刚1 咖l 11 j 础哪 一a 五，詈j 釜 一m v 1 a a “ c m lc 删6【 “女1 4 39 0 一r 一 f o e al 再i r ，一日 c w 口as c a l eh 0， 口a 山r - 如c b p h b b r - * l n 1， f i 唧嘞r 5 一唧d ， - j b 。 f i n b 舢l u * fiv 三竺兰_ i ! 兰竺兰竺_ j 塑型兰_ | 围3 摄像机距离设置 7 由于摄像机视图在画而上太满，所以展开d i 8 p k y o p t i o n s ( 摄像机显示) 如图3 2 3 所示，将o v 哪恤n 的数值设为1 3 0 0 ，让视图比例缩小，方便操作。 c 洲l 1 j h 州lc _ 坩k 1 - l m _ 酬jc l 一1 j “m 曲i 一阿丽一昙量 一 d i o m h “ ro m rd m rd hf i ro s m r d m rd n p b ，一一一 兰型蛙坚0 r 。n 、! = 竺! 竺! 竺 一， + i _ 酬m o ” o _ n o ，叩k 删 二兰f j 兰兰竺竺一壁生型l j 圈3 2 3 摄像机显示 8 点击c 枷e r a _ 1 一l m a g e p l a n e l ( 摄像机图像) 如图32 4 ，对摄像图像进行设置，设置 i m a g ep l a n e a t t r i b u t e s 参数如图所示。 第三章视臻试验平台的研树 咖l l s h o e l ( 斯目l l l ”叩一l * 1 】c w 吼】一1 _ f 乩州h l n 学n 一芦而i 丁面甬磊， 詈益 m * s c 旨一 l “q 4 “* 自i | | t “ o 呻时h o 呷i h o u ；、 (：一! ! ! ! 竺，) 、_ 芸芸l 兰睾= 二- j ”* t _ ，一， h g 6 n1 1 啪r 一j ， l n m p h 口 t o rf r k e d t ”i l “ i m 噼n 删t d 、p f b u l 州 1 0 0 1w 二- ! 塑i 。m a 竺r 掣*jc * ! 竺 i 圈土2 4 摄像机雷像 9 上述准各工作做完之后，就开始标线的建模制作了( 这里以平行减速标线为例) 点击c r e a t e n u r b sp r i m i t i v e s p l a n e ，打开如图32 5 所示对话框，并设置其宽度和长度 ( m a y a 中尺寸与实际尺寸比例一般为1 ：1 0 0 ) 。 ! i 二些一一一 m fo 崎e e tru 埔d e 憎f l = 一”历而一盯丽一r _ 丙一 魅r 口y rz r r e er 吼“瓜而- m 丽r 嚣r g ； # 二二 。，o 剿黑节7 ：= _ u p a t c h e t 一巾一 v p = d l e = i r 一巾一 c e i 押- i a 。i e i 图3 2 5 标线的尺寸 k 寅大学硕+ 位论i 1 n 设最好尺寸后，利用移动j 司删缩放蛰| = 具将模型移动、缩放到适当位置 如图3 2 6 所示。 圈3 2 6 放置标线 n 执行视图菜单中s h a 击t l g ( 光影 l m o o 曲s h a d ea l i ( 平滑全部光影) ，将模型设置为 以实体方式显示如图3 ”所示。 圈3 , 2 7 实体显示模型 1 2 选中模型单击右键，选择m a t e r i a l s a s s i g n n e w m a t c n a l b l i n n ，为其添加材质， 如图3 2 8 所示设置设置后效果如图3 2 9 所示。 第! 章视频试验平台的研制 - m 丽一詈詈 圈32 8 舔加材质 圈3 2 9 添加材质后 1 3 一条标线制作好后，接下来添加多条标线，选中模型，选择菜单栏中的w i t ( 编 辑) d u p l i c a t e ( 复制) ，打开如m 3 3 0 所示对话框- t r a n s l a t e ( 变化) 中的z 轴方向设定标线 之问的距离，n u m b e ro fc o p i e s ( 复制) 的数量设置我们需要的标线的数量。设置好后如 图3 3 1 所示。 k 立人学颤十学位论立 圈3 3 0 复制模型 ne w s h a d i n gl i 衣h n gs h o w p a n e l s 圈5 3 l 复制后的模型 1 4 最后进行动画渲染，选择w 圳蛔伽d e ie d i t o r r e n d e rs c t 吐n g s ，打开33 3 所示对 话框，在h n 8 铲f i l eo u t p u t ( 影像文件输出) 选项中进行设置这罩我们选择的视频文件 格式为a v i 格式的，并设置其起始帧和结束帧。如图3 3 2 所示。 第三章视频试验平台的研制 r e n d e r u * i 阿i 磊司 c 椰m ”l ”口油_ e l p , a d t 自l f t t e h - _ 瞰p h _ 由i - l _ l 舭鼬7 2 8 _ 5 呻n o h 8 1h d m7 2 “_ h d _ j 二j - 叼f i l e o i p _ “ m d l q 。q 阳f 磊而面i 百 t m 一，一冈际r s h 1 1 d 一l m 7 0 h m e 0 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ c ac o j j - i p 日e p 撕a c h f d 【h * rd 帅a v r 叫e 0 p m u ur w 二lo 呻呻s i z e 一一而忑 r 、m h c m r e d o r a t i orm 口d e v i c e m d w n hn i c 虹e m 3 3 2 髟像文件输出设置 1 5 在r e n d e r i n g 模式下，选择工具栏中的r 即d c d “g 下的国b a t c lr e d e r ，进行渲染， 渲染后效果如图3 3 3 所示。 图3 3 3 渲染后 长安大学顾十学位论文 3 4 ，j 、结 本章主要讨论了利用b o u j o u 高级摄像机跟踪软件幂l l m a y a - - - 维建模软件，在所拍摄的 实景道路上添加减速标线的试验平台的建立过程。首先，利用b o u j o u 高级摄像机软件跟 踪计算出摄像机的运动( 位置、旋转和焦距) 和许多特征点的空间参考位置即三维空间参 考点；计算出摄像机的这些参数后导入m a y a z 维建模软件里进行虚拟减速标线的添加； 最后渲染出即可，至此视频仿真试验平台的建立便完成。由此可以得出，用此方法制作 的在真实场景下添加虚拟减速标线的视频仿真系统是较理想的，既快捷方便，又从根本 上解决了之前运用p r e m i e r ep r o 和3 d sm a x 软件制作的减速标线模型的视频与实际拍摄 的录像合成过程中产生的跳动性问题。此方法还存在的问题就在于所建立的虚拟减速标 线的模型与拍摄的实景不能很好的匹配。造成这一问题的原因是因为在拍摄录像时路面 上有标志性的物体很少，有助于接下来解算的特征参考点相对就少，添加虚拟减速标线 时便会有影响。 因此在以后的录像拍摄前先划好跟踪点、计划好约束操作等，会达到事半功倍的效 果，因为这些都是直接影响最终结果的重要因素。 4 5 第阴章驾驶员对减速标线的主观视认性评价试验 第四章驾驶员对减速标线的主观视认性评价试验 4 1 虚拟减速标线的主观视认性评价简介 通过第三章中3 3 4 各步骤的设计制作，我们已经建立了基于真实场景下添加虚拟 减速标线的试验平台，而且也基于这个平台制作了四种减速标线的场景。但是，利用这 种方法建立的试验平台是否可行，以及所设计的虚拟减速标线其减速效果又如何，并不 能直接得出结论。因此，设计了本试验来测试虚拟减速标线的减速效果及它的真实感。 本试验如下：在真实的道路环境下录取一段录像，然后通过上一章我们建立的平台 界面，得到了基于真实场景添加虚拟减速标线的试验平台，并利用驾驶模拟器来驱动场 景对驾驶员进行测试，测试后填写相关的视觉心理学方面的主观问卷调查表，从道路交 通安全心理学、人机工程学和道路交通安全工程学角度研究道路减速标线对驾驶员的视 觉及其开车时车速的影响。从而使得交通标线的设置更加合理有效，充分发挥道路交通 标线的管理功能和服务功能，达到既预防和减少交通事故、保障行车安全，又使道路使 用者感到舒适、心情愉快的目的，提高整个道路系统的服务水平。 4 2 试验的设计 4 2 1 试验中减速标线的制作 对于交通事故多发路段，设置道路交通标线十分必要，而目前在国内外很多事故多 发点，都设有很多减速标线( 第二章中列出了一些) ，但是减速效果并不是很明确。 为此，基于我们的试验平台，制作了平行减速标线、平行四边形减速标线、鱼刺形 减速标线和三维立体减速标线等四种减速标线( 附录2 ) 。这些标线的设置在目前都没有 统一的规定和标准，我们是参照了g b 5 7 6 8 _ 1 9 9 9 标准以及第二章介绍的目前国内外已 经应用了的视觉减速标线的尺寸来制作的，通过我们的试验来测试这些标线的减速效 果。 1 平行减速标线( 图4 1 ) ，标线尺寸：3 0 2 8 0 c m ，间隔：6 0 c m ； 2 四边形减速标线( 图4 2 ) ，标线尺寸：边长5 0 xl o o c m 菱形，间隔：2 0 0 c m ； 3 鱼刺形减速标线( 图4 3 ) ，标线轮廓：2 6 0 x 2 6 0 c m ，间隔：1 6 0 c m ； 4 三维立体减速标线( 图4 4 ) ，标线轮廓：6 0 x 6 0 c m ，间隔，横向：5 0 c m ，纵向： 】4 0 c m 。 长安人学硕学位论文 图4 1 平行减速标线尺寸 图4 2 平行四边形减速标线尺寸 屁s l i既 氐1处 图4 3 鱼刺形减速标线尺寸 图4 4 三维立体形减速标线尺寸 4 2 2 调查问卷的设计 制作了以上四种减速标线后，通过被测人员对所制作的虚拟减速标线效果的观察后， 填写相关的主观评价调查表( 附录1 ) ，分别对虚拟减速标线的减速效果以及它的真实感 进行试验。 1 测试虚拟减速标线的减速效果 1 、 检测各种减速标线对车速的控制效果； 2 1 检测各种减速标线对驾驶员视觉特性和心理特性的影响； 2 测试虚拟减速标线的真实感 1 ) 检测所加减速标线的满意度； 2 ) 检测所加减速标线的颜色情况； 第叫章驾驶员对减速标线的主观视认件评价试验 3 ) 检测所加减速标线与路面匹配情况。 4 2 3 试验对象的选择 为了使我们的试验更具说服力，本试验选择了不同年龄、不同驾龄的1 0 名观察者 为试验对象，资料如表4 1 所示。 表4 1 观察者资料表 编号年龄性别驾龄 是否职业驾驶员 0 15 0 男 1 1 是 0 24 6 男 7 是 0 34 1 男 8 否 0 4 3 5 女 7是 0 52 5 女 0否 0 62 6 女 0 否 0 7