【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及驾驶仿真，尤其是涉及一种隧道行车场景光环境仿真方法和系统。
技术介绍
1、目前城市市政建设中大量使用了城市隧道，因为城市隧道可有效缩短行车里程，提高车辆的通行速度，促进地区经济的发展。隧道作为一种半封闭空间结构，隧道内外光照环境差距大，当驾驶人在驶入和驶出隧道时易产生“黑洞效应”“白洞效应”等现象，无法看清前方的道路状况，行驶在隧道中时灯光的不合理布置会导致“频闪效应”或“斑马效应”等，增加了驾驶人的视觉负担，造成行车安全隐患。因此，开展隧道光环境对驾驶人驾驶行为和动态视觉反应的影响研究具有理论价值和实际意义。但是在真实隧道内开展隧道光环境实车试验的难度较大，存在交通条件限制、无法根据试验需要调节隧道灯光和环境光照等局限，因此目前大多研究是在室内开展虚拟的仿真实验。但是现有隧道光环境仿真大多是通过调节室内灯光或播放隧道行车视频的方式，不能模拟“黑洞效应”、“白洞效应”和人眼适应明暗变化过程中的隧道行车画面，不能准确反映驾驶人在隧道行车光环境中的驾驶行为和视觉反应。
2、中国专利公布号cn 109214080 a公开了一种公路隧道照明动态暗适应仿真实验方法及装置，采用模拟各种自然光下的驾驶人员进出隧道模型模拟，分析驾驶员驾车经过公路隧道时的人-外部自然光-隧道照明环境耦合作用机理，以驾驶员驾车经过隧道时经历的亮度动态暗适应环境为背景，以隧道照明环境参量下的驾驶员视觉功效响应规律为研究对象，采集在模拟不同自然光以及不同隧道照明条件下驾驶人员的体征参数，将这些体征参数作为隧道照明条件调整的依据，获取理论实验数
3、上述申请以调整隧道照明条件为目的构建了光照环境下的隧道场景，但是，仅从隧道灯光及自然光两个角度进行光照模拟，没有考虑人眼适应光照变化时视景的明暗变化，隧道场景视景的亮部和暗部过渡不符合实际，与实际驾驶人员的感受并不完全贴切，仿真结果准确性不理想。
4、因此，开发一款能够还原真实隧道行车光环境的仿真实验系统是进行隧道行车仿真实验迫切需要解决的问题，对研究驾驶人在隧道行车场景中的驾驶行为和视觉反应、改善隧道行车光环境并提高隧道行车安全性、舒适性具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隧道行车场景光环境仿真方法和系统，通过考虑隧道行车过程中人眼适应明暗变化，实现隧道行车场景光环境的高准确度仿真。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术的一个方面，提供了一种隧道行车场景光环境仿真方法，包括如下步骤：
4、通过构建隧道三维模型建立隧道仿真场景，设置隧道仿真场景的光照，利用基于物理渲染的光照系统对仿真场景的光照进行渲染，施加拟合人眼的明适应和/或暗适应的自动曝光以模拟驾驶人视角下隧道进出口段视景的明暗变化，并同步控制实际测试环境中的灯光；
5、驾驶人员在所述隧道仿真场景下模拟驾驶进出隧道，采集隧道光环境参数、驾驶行为数据、驾驶人视觉信息以及驾驶人生理信息，完成隧道行车场景的光环境仿真。
6、作为优选的技术方案，所述的物理渲染的渲染方程为：
7、lr(p，ωr)＝l0(p，ωr)+∫ωfr(p，ωi，ωr)li(p，ωi)cosθidωi
8、其中，lr(p，ωr)表示物体表面位置p处、观察方向ωr的出射光强度，l0(p，ωr)表示物体表面的自发光强度，∫ωfr(p，ωi，ωr)li(p，ωi)cosθidωi表示物体表面的反射光强度，fr(p，ωi，ωr)是物体材质的出射光强度与入射光强度的比值，fr(p，ωi，ωr)是物体材质的brdf参数，li(p，ωi)是物体表面位置p处、入射方向ωi的入射光强度，cosθi是入射光方向与p处法线方向夹角的余弦值，∫ω...dωi是对位置p处上半球面ω所有入射光ωi的积分。
9、作为优选的技术方案，所述的拟合人眼的明适应和/或暗适应的自动曝光中，隧道仿真场景的曝光值根据屏幕图像亮度级别和目标中间灰度进行动态调节，仿真场景曝光值exposure与物理相机曝光度ev的转换公式为：
10、
11、其中，exposure表示曝光值，exposurescale表示相机的曝光程度，iso表示感光度，ec表示相机的曝光补偿。
12、作为优选的技术方案，所述的设置隧道仿真场景的光照具体为：
13、设置隧道仿真场景中太阳光的照度、色温和方向，设置仿真场景隧道灯的照度、亮度、色温、发光形状和配光曲线，设置仿真场景隧道灯的布设位置。
14、作为优选的技术方案，所述的同步控制实际测试环境中的灯光具体为：
15、同步控制实际测试环境中面光灯的照度、亮度和色温。
16、作为优选的技术方案，所述的施加拟合人眼的明适应和/或暗适应的自动曝光中，拟合的参数包括场景曝光最小值、场景曝光最大值、从暗到亮的适应速度、从亮到暗的适应速度、自动曝光计算的直方图范围、自动曝光的曲线映射、自动曝光测光模式中的至少一个。
17、作为优选的技术方案，所述的隧道仿真场景包括公路隧道、城市隧道和海底隧道。
18、作为优选的技术方案，所述的三维模型包括隧道主体结构、道路结构和附属设施。
19、作为优选的技术方案，还包括如下步骤：
20、根据隧道仿真场景的照明指标与真实隧道的照明指标是否匹配、隧道光环境的仿真画面与人眼所看到的真实隧道画面是否匹配，以及驾驶人在隧道仿真场景中的驾驶行为和视觉反应特性与实车实验是否匹配，验证隧道行车场景光环境仿真的有效性。
21、本专利技术的另一个方面，提供了一种隧道行车场景光环境仿真系统，包括：
22、隧道三维模型模块，用于建立隧道三维模型，并实现隧道灯具建模和布设；
23、物理光照渲染模块，用于建立隧道仿真场景，采用真实世界的光照单位建立物理光照渲染子模块，基于人眼明和/或暗适应建立自动曝光子模块；
24、灯光控制模块，用于控制隧道仿真场景中的光照及灯光，用于实现隧道仿真场景中的光照与实际测试环境中的灯具的协同控制；
25、驾驶仿真模块，包括车辆动力学模型、车道级仿真交通流和驾驶模拟器；
26、数据采集模块，用于采集仿真过程中隧道光环境参数、驾驶行为数据、驾驶人视觉信息以及驾驶人生理信息。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
28、(1)考虑隧道进出口段视景的明暗变化，仿真贴切实际：不同于现有方法大多缺少对人眼明/暗适应的考虑，本专利技术将隧道仿真场景的光照环境与实际测试环境中的灯光照明环境相结合，从视景逼真度和光照逼真度两个层面共同模拟真实的隧道光环境，基于人眼的明适应和/或暗适应建立自动曝光，动态模拟人眼缓慢适应明暗变化的隧道行车画面，使得仿真结果更本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的物理渲染的渲染方程为：
3.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的拟合人眼的明适应和/或暗适应的自动曝光中，隧道仿真场景的曝光值根据屏幕图像亮度级别和目标中间灰度进行动态调节，仿真场景曝光值Exposure与物理相机曝光度EV的转换公式为：
4.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的设置隧道仿真场景的光照具体为：
5.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的同步控制实际测试环境中的灯光具体为：
6.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的施加拟合人眼的明适应和/或暗适应的自动曝光中，拟合的参数包括场景曝光最小值、场景曝光最大值、从暗到亮的适应速度、从亮到暗的适应速度、自动曝光计算的直方图范围、自动曝光的曲线映射、自动曝光测光模式中的至少一个。
7.根据
8.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的三维模型包括隧道主体结构、道路结构和附属设施。
9.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，还包括如下步骤：
10.一种隧道行车场景光环境仿真系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的物理渲染的渲染方程为：
3.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的拟合人眼的明适应和/或暗适应的自动曝光中，隧道仿真场景的曝光值根据屏幕图像亮度级别和目标中间灰度进行动态调节，仿真场景曝光值exposure与物理相机曝光度ev的转换公式为：
4.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的设置隧道仿真场景的光照具体为：
5.根据权利要求1所述的一种隧道行车场景光环境仿真方法，其特征在于，所述的同步控制实际测试环境中的灯光具体为：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚启明，潘敬峰，彭浩荣，曹文冠，沈一川，
申请(专利权)人：同济大学建筑设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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