虚拟现实技术在《交通设计》课程教学中的应用探索

虚拟现实技术在《交通设计》课程教学中的应用探索

向往谢媛

长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114

【摘要】虚拟现实技术作为交通领域的重要前沿技术，可以为交通设计提供可视化的方案，是研究交通拥堵和安全问题的前沿设备。本文从《交通设计》课程的特性出发，探讨了虚拟现实技术在课程教学中的应用模式。

【关键词】虚拟现实；交通设计；驾驶模拟；新工科

一、背景

虚拟现实(VirtualReality,VR)是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与一定范围真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互作用、相互影响，可以产生亲临对应真实环境的感受和体验[1][2]。VR眼镜和驾驶模拟器是虚拟现实技术在交通领域应用的两大重要工具，都能够为交通参与者提供全真模拟环境体验交通演化过程，尤其是驾驶模拟器，在交通设计领域广泛应用。赵希等[3]阐述了基于汽车驾驶模拟系统的交通标示设计方法；余贵珍等[4]针对不同道路弯道半径研究了车辆弯道行驶侧倾稳定性与侧翻预警功效；赵曼[5]采用汽车驾驶模拟器基于驾驶员注意力需求对道路线形设计的复杂度进行研究。

关于虚拟现实技术在交通设计领域应用的前人研究成果丰富，以道路和交通设计的影响分析和功效研究为主，对如何在《交通设计》课程教学过程中发挥作用的研究较少。因此，本文从微观层面探索汽车驾驶模拟器在《交通设计》课程教学中的应用模式。

二、交通设计课程的特点

交通设计是连接交通理论研究和工程实践的纽带，好的交通设计方案既需要设计者掌握大量的设计理论，又需要丰富的工程实践经验。因此，《交通设计》课程需要向学生系统地介绍交通设计的基本概念、设计原则、设计方法和策略等，主要内容包括交通问题及其特征分析、交通设计基础与条件、城市道路交通设计、公共汽车交通设计、枢纽交通设计、停车场交通设计、交通安全设计、交通语言系统设计等。课程目标是让学生能够针对不同的交通问题基于国家设计规范，选择合适的原则和方法进行工程化设计，解决存在的拥堵或者安全问题。

该课程所涉及的城市道路、公共汽车、交通枢纽、停车场等交通设计具有极强的实践性，适合采用问题导向教学法，例如交通语言系统设计，除了文字和图片，还需要更直观的方式描述语言系统的设计效果和对交通参与者的影响。

三、交通设计课程中的应用模式

虚拟现实技术（如驾驶模拟器和VR眼镜）可以基于仿真建模软件全真模拟交通网络、交通流和交通环境，并将设计方案插入仿真场景中，开展人机交互体验，分析设计方案对交通流的影响和与期望效果的差异。因此，虚拟现实技术在《交通设计》课程教学中的应用可以包含以下三个部分：

（一）交通网络模块构建

交通设计以实际交通网络为基础，在教学过程中，首先需要基于仿真软件构建静态的交通网络模块，包含路段、信号灯、交叉口、公交车站、交通枢纽、停车场等交通网络中的关键硬件设施，并根据交通设计的需求对模块进行组合与拼接，构建具有针对性的交通网络虚拟仿真综合场景，并为了增强场景的真实感，构建房屋、树木等交通环境设施。

（二）标准化交通流场景构建

在交通网络模块的基础上，采用C#、JAVA等程序语言设置多样化交通流的运行，面对不同的交通问题，对车流密度、车辆流量流向、行人流量流向、道路阻断、信号配时方案等动态交通流进行设计。

（三）人机互动与方案对比

在静态和动态的模拟仿真场景设计完成之后，学生设计实验方案开展人机互动，分别以驾驶员和行人的身份参与到仿真场景中，对比评价不同交通设计方案对驾驶员和行人的影响，寻找最优的交通设计方案。

参考文献：

[1]赵沁平.虚拟现实综述[J].中国科学：信息科学,2009,39(1)：2-46.

[2]汤文生,刘连战,吴剑,等.公路3D参数化自动建模技术研究[J].中外公路,2012,32(1):279-283.

[3]赵希,严新平,吴超仲.车辆驾驶模拟器道路场景中的交通标示设计[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2007,31(3):552-555.

[4]余贵珍,李芹,王云鹏,等.车辆弯道行驶侧倾稳定性分析与侧翻预警研究[J].北京工业大学学报,2014,40(4):574-579.

[5]赵曼.基于驾驶员注意力需求的道路线形复杂度分级研究[D].昆明理工大学,2010.

【课题研究】本文是长沙理工大学校级教改项目“新工科背景下虚拟现实新技术面向交通类专业的应用模式探索与实践”的研究成果（编号：JG201843）。