一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法技术

本发明专利技术提供一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，包括以下步骤：步骤1：虚拟场景的建模和生成；步骤2：虚拟数据及信号的采集；步骤3：在虚拟场景中自动生成特殊类型标志物；步骤4：基于特殊类型标志物，动态加载虚拟场景中的地图元素和资源；步骤5：依据虚拟数据及信号，对虚拟场景中感兴趣目标进行标注；步骤6：基于动力学模型和所述步骤1、步骤2及步骤3的方法，在虚拟场景中模拟进行自动驾驶系统边界测试；步骤7：基于步骤1、步骤2和步骤5的方法，在虚拟场景中测试自动驾驶系统的识别结果。本发明专利技术通过程序软件生成虚拟目标物和特殊类型标志物，来代替真实世界的场景和标志物的采集过程，避免使用昂贵的采集设备而降低成本。

A Method of Constructing Virtual Environment for Vehicle Auto-driving

【技术实现步骤摘要】
一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法
本专利技术涉及模式识别和智能系统两者与交通工具结合的
，具体涉及一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法。
技术介绍
随着人民生活水平的提高，小轿车等交通工具成为人们主要的代步工具，而交通工具的智能化，也越来越使出行更加的简单。在一些情况下，车辆可以自动执行驾驶任务，例如，开启了自动驾驶功能的普通的家用轿车、公交车、卡车等车辆，或者还可以为无人驾驶的家用轿车、公交车、卡车等车辆。车辆在执行自动驾驶时，需要根据预先配置的车辆决策规划算法，获得车辆决策线，进而根据该车辆决策线，执行自动驾驶任务。自动驾驶系统的开发都遵从仿真到实车测试的过程，虚拟仿真实验作为一种零风险、快速迭代、可复现的测试方法，为自动驾驶技术上路测试奠定了坚实的基础。仿真可以快速有效的对算法的正确性与性能进行测试。要实现仿真实验，需为仿真实验搭建虚拟环境。目前，在搭建虚拟环境时，针对路况或者行车道路场景数据的采集需要昂贵的采集设备，或需要驾车到处遨游等采集难度大的方式采集，或因极端事件极难发生而采集不到足够量的数据。为了克服上述困难，本申请提出一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法。一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：虚拟场景的建模和生成，用于建立虚拟场景中虚拟目标物模型；步骤2：虚拟数据及信号的采集，通过在虚拟场景中生成虚拟传感器，并使用计算机图形学算法，获取虚拟目标物和虚拟传感器之间的相对坐标关系，并以此为基础生成包含图像、距离在内的虚拟数据及虚拟信号；步骤3：在虚拟场景中通过应用程序接口自动生成特殊类型标志物；步骤4：基于所述特殊类型标志物，动态加载虚拟场景中的地图元素和资源；步骤5：依据所述虚拟数据及信号，对虚拟场景中感兴趣目标进行标注，通过设置相应的应用程序接口，对虚拟场景中用户感兴趣的某个目标物，或者目标物的某个部分进行标注，返回感兴趣目标物在虚拟场景中的属性值；步骤6：基于动力学模型和所述步骤1、步骤2及步骤3的方法，在虚拟场景中模拟进行自动驾驶系统边界测试；步骤7：基于步骤1、步骤2和步骤5的方法，在虚拟场景中测试自动驾驶系统的识别结果。进一步为：所述步骤1中，所述虚拟场景的建模为建立虚拟场景中各种虚拟目标物模型，所述虚拟目标物为包括蓝天、白云、湖泊在内的自然景物和包括建筑物、道路、行人、车辆、交通标志物在内的人工目标；所述虚拟场景的生成为设置场景中虚拟目标物与行为的过程。进一步为：所述虚拟场景的建模包括以下步骤，步骤1.11：建立虚拟目标物的三维网格描述；步骤1.12：为虚拟目标物进行表面贴图；步骤1.13：调整虚拟场景的光照，并根据光照设置虚拟目标物的阴影。进一步为：所述虚拟场景的生成包括以下步骤，步骤1.21：根据需求选取需要置入虚拟场景的虚拟目标物；步骤1.22：将虚拟目标物置于虚拟场景坐标系中的指定坐标；步骤1.23：加载特定虚拟目标物的行为特征，生成动态的虚拟场景。进一步为：所述步骤2中，在虚拟场景中生成虚拟传感器，并使用计算机图形学算法，获取虚拟目标物和虚拟传感器之间的相对坐标关系，并以所述相对坐标关系为基础生成包含图像和距离在内的虚拟数据及虚拟信号。进一步为：所述步骤2包括以下步骤，步骤2.1：获取虚拟主体车辆于时刻t在虚拟场景中的坐标；步骤2.2：根据真实传感器与真实主体车辆的相对位置关系，设置虚拟传感器于时刻t在虚拟场景中的坐标；步骤2.3：根据真实传感器的信号采集方式，调用虚拟场景中的应用程序接口从虚拟场景中获取所需要的数据或信号；步骤2.4：将t时刻获取到的虚拟数据及信号返回给需要该虚拟数据及信号的工作模块；其中，t为时间常数。进一步为：所述步骤4包括以下步骤，步骤4.1：接受虚拟环境仿真系统的加载虚拟场景的请求；步骤4.2：定位并解析基础地图文件，并对地图文件进行统一坐标变换；步骤4.3：对于包括树木、山地在内的人工绘制的自然标志物，从存储器载入相应的美术资源，并与地图坐标系统一后放置到虚拟场景的对应位置；步骤4.4：对于包括道路、车道线在内的动态生成的动态标志物，从存储器文件中载入动态标志物的描述资源，并与地图坐标系统一后放置到虚拟场景的对应位置。进一步为：所述步骤5包括以下步骤，步骤5.1：用户以特定的描述语言对感兴趣目标进行语言描述；步骤5.2：解释引擎将语言描述转化为虚拟场景中需要标注的感兴趣目标集合；步骤5.3：搜索引擎在虚拟场景运行时，实时检测虚拟场景中是否出现所述步骤5.2中的感兴趣目标，并在出现时返回在线感兴趣目标的属性值。进一步为：所述步骤6包括以下步骤，步骤6.1：采集真实环境下驾驶系统的输入参数和主体车辆的状态数据；步骤6.2：根据所述步骤1中的虚拟场景和步骤3中的特殊类型标志物，在虚拟场景中设置虚拟主体车辆的动力学模型参数，并将所述步骤6.1中的输入参数传递给自动驾驶系统进行迭代调优；当虚拟主体车辆的状态数据与真实主体车辆的状态数据之间相差小于阈值至，停止调优，得到测试用动力学模型参数；步骤6.3：将所述测试用动力学模型参数代入虚拟场景，并执行自动驾驶系统的边界测试。进一步为：所述步骤6.3中的边界测试为，当将测试用动力学参数代入特定的虚拟场景后，再给定自动驾驶系统输入范围I，所述自动驾驶系统执行命令并产生结果相应结果范围O；其中，自动驾驶系统的输入范围I包括所述步骤1输出的虚拟场景和所述步骤2中采集的虚拟数据及信号。进一步为：自动驾驶系统的输入包括油门、刹车、方向盘角度，虚拟主体车辆的状态数据包括汽车的位移、速度、转向角度等。进一步为：所述步骤7包括以下步骤，步骤7.1：通过所述步骤1建立测试场景；步骤7.2：启动所述测试场景，通过所述步骤2实时采集所述测试场景中模拟摄像头数据和传感器信息；步骤7.3：通过所述步骤5获取所述测试场景中感兴趣目标；步骤7.4：将所述步骤7.1中的测试场景和所述步骤7.2中的模拟摄像头数据和传感器信息传入自动驾驶系统算法，并获得自动驾驶算法的输出结果；步骤7.5：将所述步骤7.3中感兴趣目标的标定值与所述步骤7.4中所述的输出结果进行比对，评估自动驾驶系统算法的性能；步骤7.6：当输出算法结果与标定值不一致时，记录自动驾驶系统中在当时的参数与环境数据。本专利技术的专利技术点及其有益效果包括但不限于以下方面：本专利技术通过程序软件生成虚拟目标物和特殊类型标志物，来代替真实世界的场景和标志物的采集过程，避免使用昂贵的采集设备而降低成本；通过；通过在虚拟场景中模拟进行自动驾驶系统边界测试，来获取更多的真实世界很难发生的状态数据，优化自动驾驶系统对不同情形的应对措施；在虚拟场景中测试自动驾驶系统识别结果的方法，用于对自动驾驶系统的性能进行模拟检测，解决实际情况中训练样本不足的问题。附图说明图1为本专利技术方法的流程图；图2为本专利技术中步骤7的数据流示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明。如图1所示，为本专利技术各独立步骤之间的关系示意图，箭头出发项为被依赖项，箭头指向项为依赖项；一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，包括以下步骤：步骤1：虚拟场景的建模和生成；步骤2：虚拟数据及信号的采集；步骤3：在虚拟场景中自动生成特殊类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：虚拟场景的建模和生成，用于建立虚拟场景中虚拟目标物模型；步骤2：虚拟数据及信号的采集，通过在虚拟场景中生成虚拟传感器，并使用计算机图形学算法，获取虚拟目标物和虚拟传感器之间的相对坐标关系，并以此为基础生成包含图像、距离在内的虚拟数据及虚拟信号；步骤3：在虚拟场景中通过应用程序接口自动生成特殊类型标志物；步骤4：基于所述特殊类型标志物，动态加载虚拟场景中的地图元素和资源；步骤5：依据所述虚拟数据及信号，对虚拟场景中感兴趣目标进行标注，通过设置相应的应用程序接口，对虚拟场景中用户感兴趣的某个目标物，或者目标物的某个部分进行标注，返回感兴趣目标物在虚拟场景中的属性值；步骤6：基于动力学模型和所述步骤1、步骤2及步骤3的方法，在虚拟场景中模拟进行自动驾驶系统边界测试；步骤7：基于步骤1、步骤2和步骤5的方法，在虚拟场景中测试自动驾驶系统的识别结果。

【技术特征摘要】
1.一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：虚拟场景的建模和生成，用于建立虚拟场景中虚拟目标物模型；步骤2：虚拟数据及信号的采集，通过在虚拟场景中生成虚拟传感器，并使用计算机图形学算法，获取虚拟目标物和虚拟传感器之间的相对坐标关系，并以此为基础生成包含图像、距离在内的虚拟数据及虚拟信号；步骤3：在虚拟场景中通过应用程序接口自动生成特殊类型标志物；步骤4：基于所述特殊类型标志物，动态加载虚拟场景中的地图元素和资源；步骤5：依据所述虚拟数据及信号，对虚拟场景中感兴趣目标进行标注，通过设置相应的应用程序接口，对虚拟场景中用户感兴趣的某个目标物，或者目标物的某个部分进行标注，返回感兴趣目标物在虚拟场景中的属性值；步骤6：基于动力学模型和所述步骤1、步骤2及步骤3的方法，在虚拟场景中模拟进行自动驾驶系统边界测试；步骤7：基于步骤1、步骤2和步骤5的方法，在虚拟场景中测试自动驾驶系统的识别结果。2.根据权利要求1所述的一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于：所述步骤1中，所述虚拟场景的建模为建立虚拟场景中各种虚拟目标物模型，所述虚拟目标物为包括蓝天、白云、湖泊在内的自然景物和包括建筑物、道路、行人、车辆、交通标志物在内的人工目标；所述虚拟场景的生成为设置场景中虚拟目标物与行为的过程。3.根据权利要求2所述的一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于：所述虚拟场景的建模包括以下步骤，步骤1.11：建立虚拟目标物的三维网格描述；步骤1.12：为虚拟目标物进行表面贴图；步骤1.13：调整虚拟场景的光照，并根据光照设置虚拟目标物的阴影。4.根据权利要求2所述的一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于：所述虚拟场景的生成包括以下步骤，步骤1.21：根据需求选取需要置入虚拟场景的虚拟目标物；步骤1.22：将虚拟目标物置于虚拟场景坐标系中的指定坐标；步骤1.23：加载特定虚拟目标物的行为特征，生成动态的虚拟场景。5.根据权利要求1所述的一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于：所述步骤2中，在虚拟场景中生成虚拟传感器，并使用计算机图形学算法，获取虚拟目标物和虚拟传感器之间的相对坐标关系，并以所述相对坐标关系为基础生成包含图像和距离在内的虚拟数据及虚拟信号。6.根据权利要求1或5所述的一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤，步骤2.1：获取虚拟主体车辆于时刻t在虚拟场景中的坐标；步骤2.2：根据真实传感器与真实主体车辆的相对位置关系，设置虚拟传感器于时刻t在虚拟场景中的坐标；步骤2.3：根据真实传感器的信号采集方式，调用虚拟场景中的应用程序接口从虚拟场景中获取所需要的数据或信号；步骤2.4：将t时刻获取到的虚拟数据及信号返回给需要该虚拟数据及信号的工作模块；其中，t为时间常数。7.根据权利要求1所述的一种车辆自动驾驶虚拟环境构建方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺诗谊，徐梓哲，徐国曦，周以凡，
申请(专利权)人：初速度苏州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32