周 揚

（西安航空學(xué)院 車輛與醫(yī)電工程系，陜西 西安 710077）

1 引言

在道路交通事故再現(xiàn)領(lǐng)域，運用計算機對事故進行模擬分析已經(jīng)成為處理事故的一種有效方法。使用計算機對事故進行再現(xiàn)時，一種常用的方法是利用3DMAX建模軟件對事故中包含的車輛、行人、現(xiàn)場環(huán)境進行建模，然后在VC++及OpenGL環(huán)境下將模型導(dǎo)入并在可視窗口中進行顯示。然而對于一起事故的模擬，重點是要看到其整個動態(tài)的發(fā)生過程，因此對于車輛的運動模擬就顯得尤為重要。本文主要研究了3DS車輛模型在VC++環(huán)境下的驅(qū)動問題，利用幾何驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)了模型所在坐標系固定的前提下正確對模型進行驅(qū)動。

2 車輛模型的幾何驅(qū)動技術(shù)研究

事故的三維演示中最重要的部分就是對事故中車輛的運動進行演示，目的是使車輛能夠按照給定的軌跡參數(shù)進行運動。在三維空間下，模型的任何運動具體都可以分解為沿三個坐標軸軸向的平動以及繞三個坐標軸的轉(zhuǎn)動，對于模型的驅(qū)動即就是要使得模型能夠?qū)崿F(xiàn)這六種運動，也可稱之為車輛模型的六自由度運動。在計算機中，運動實際上是由連續(xù)播放一幅幅靜止的畫面而在人眼中形成的連續(xù)的效果，那么要實現(xiàn)車輛模型的六自由度運動，則要求車輛模型能夠在任意六自由度下進行顯示。

在OpenGL函數(shù)庫中包含了一些模型變換函數(shù)，如glTranslate（）、glRotate（）、glScale（）函數(shù)，使用這些函數(shù)可以輕松的對模型進行平移、旋轉(zhuǎn)、拉伸、收縮等操作，然而這些函數(shù)的原理是使模型所在的坐標系發(fā)生平移、旋轉(zhuǎn)等改變，以使模型產(chǎn)生變換的效果。如圖所示，圖1為glTranslatef（－2，2，－3）效果，圖2為glRotatef（45.0，0.0，0.0，1.0）效果。

在使用計算機輔助分析道路交通事故并進行事故演示時，要求要有一個固定的坐標系，以方便給出車輛的運動軌跡坐標。若使用上述OpenGL函數(shù)對車輛模型進行驅(qū)動，由于其實質(zhì)是驅(qū)動車輛模型所在的坐標系，則驅(qū)動時坐標系會不斷改變，很難給出正確的車輛運動軌跡坐標，從而無法對事故進行正確演示。因此，要實現(xiàn)對車輛模型的正確驅(qū)動，須針對模型自身進行驅(qū)動。

要針對模型自身進行驅(qū)動，即可對組成模型的元素進行驅(qū)動，由于在3DMAX中建立的車輛模型是由對頂點組成，本文則通過對模型的頂點進行某種幾何變換來實現(xiàn)對模型整體的驅(qū)動。其原理是：對于任意點 A（a，b，c），分別沿 X，Y，Z軸平移x，y，z距離，繞X，Y，Z軸分別旋轉(zhuǎn)α，β，γ角度，得到點B（a1，b1，c1），則A與B點的坐標幾何關(guān)系可以表述為矩陣形式，如式（1）：

圖1 移動坐標系

圖2 旋轉(zhuǎn)坐標系

由式（1）可知任意一點在給定六自由度為（x，y，z，α，β，γ）條件下，經(jīng)過幾何變換后的坐標。因此可根據(jù)此公式對車輛模型的頂點做上述幾何變換，則其整體也會產(chǎn)生對應(yīng)的變換，那么車輛模型就能夠按照任意給定的六自由度正確顯示，通過這樣的方法也就實現(xiàn)了車輛模型的正確驅(qū)動，該驅(qū)動方式就是車輛模型的幾何驅(qū)動。

另外，為了觀察方便以及節(jié)省建模時間，對于車輛模型的顯示比例，應(yīng)實現(xiàn)可自由設(shè)定，使得模型可按比例隨意放大縮小?？蓪M成模型的頂點坐標加上一個控制變量HI30，這樣就可以根據(jù)HI30的值，決定整個模型的顯示比例。

在實現(xiàn)了上述車輛模型的幾何驅(qū)動以及顯示比例自由設(shè)定后，對于任意一個車輛模型，假設(shè)其初始的頂點坐標集為A，在任意給定六自由度（x，y，z，α，β，γ）及顯示比例 HI30的情況下，其坐標應(yīng)變?yōu)锽，則

這時，對于一起交通事故，通過對事故現(xiàn)場的調(diào)查、測量與計算，最終可得到事故過程中車輛的軌跡坐標。在事故演示時，只需要將一組組的坐標輸入并連續(xù)播放，即可得到完整的事故演示動畫。

3 車輛模型的車身顏色參數(shù)化研究

在實際道路交通事故中，同一種車型也可能有多種車身顏色，而對于每種車身顏色分別在3DMAX中建模顯然很浪費時間。因此需考慮實現(xiàn)在程序中改變車身的顏色，實現(xiàn)車身顏色的參數(shù)化設(shè)定，這里的顏色改變指的是車身的顏色能改變，而其它部分的顏色不變，比如輪胎、車燈，其顏色要求固定不變。要實現(xiàn)這個目的，需經(jīng)過兩個步驟：

（1）提取車身顏色信息。在VC++中對車輛模型進行讀取后，模型的顏色信息包括模型各個面的顏色RGB值、透明度等都已經(jīng)被保存到相應(yīng)數(shù)組中。要對車身顏色進行設(shè)定，而保持其它部分顏色不變，必須首先找到車身對應(yīng)的顏色信息并提取出來。在車輛建模過程中，可將車身顏色設(shè)為一個固定值，在程序中對保存模型顏色信息的數(shù)組進行篩選，找到儲存車身顏色信息的數(shù)組。

（2）對車身顏色進行參數(shù)化設(shè)定。找到儲存車身顏色信息的對應(yīng)數(shù)組后，即可通過對這些顏色信息進行賦值以實現(xiàn)在程序中自由改變車身的顏色。在對話框設(shè)定菜單選項，根據(jù)需要來選擇車身的顏色。

4 實例

本文最終實現(xiàn)了對一起實際發(fā)生的交通事故進行模擬再現(xiàn)，該事故是發(fā)生于2012年8月26日的延安“8.26”特大交通事故。一輛滿載乘客的雙層臥鋪客車與一輛運送甲醇的重型罐車在延安市境內(nèi)的包茂高速公路化子坪服務(wù)區(qū)南出口200米處發(fā)生追尾碰撞，再現(xiàn)結(jié)果如圖3－圖6：

圖3 事故再現(xiàn)關(guān)鍵幀（1）

圖4 事故再現(xiàn)關(guān)鍵幀（2）

圖5 事故再現(xiàn)關(guān)鍵幀（3）

圖6 事故再現(xiàn)關(guān)鍵幀（4）

5 結(jié)語

本文介紹了對于道路交通事故再現(xiàn)中車輛模型驅(qū)動技術(shù)的研究，解決了車輛模型在固定坐標系下的驅(qū)動問題以及車身顏色的參數(shù)化設(shè)定問題，使得事故演示更加的準確、方便、快捷。

［1］舒強.道路交通事故三維模擬演示平臺的研究與實現(xiàn)［D］.西安：長安大學(xué)，2010.

［2］李一兵，陳云剛，吳衛(wèi)東，等.道路交通事故再現(xiàn)模擬分析系統(tǒng)的研究［J］，汽車工程，2001，4（23）：226－229.

［3］魏朗，陳蔭三.車對車碰撞事故再現(xiàn)計算機模擬系統(tǒng)的研究［J］.中國公路學(xué)報，1996（4）：105－110.

［4］王小飛.基于OpenGL的交通事故三維再現(xiàn)研究與程序?qū)崿F(xiàn)［D］.西安：長安大學(xué)，2007.

［5］李國超，劉爽，張延超，等.VC環(huán)境下基于OpenGL與3DS的三維場景重繪［J］.電腦知識與技術(shù)，2010，6（35）：10131－10133.

［6］常洪強，劉爽.基于OpenGL的3DS文件解析及視點移動和三維選擇的實現(xiàn)［J］.電子設(shè)計工程，2011，19（20）：16－17.

［7］劉鵬程，何宗宜.利用OpenGL顯示列表技術(shù)實現(xiàn)GIS對象的符號化［J］.測繪信息與工程，2005，30（6）：26－27.

［8］畢碩本，張國建，侯榮濤，等.三維建模技術(shù)及實現(xiàn)方法對比研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010，32（16）：26－30.