重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074
摘要：本文先系统的归纳、分析了视觉分析的概念及对驾驶员行车的影响。探讨了视觉分析的重要性。通过对视觉分析方法的探讨创新性的提出了三维动画仿真来研究驾驶人的视觉。最后通过 PowerCivil 软件探讨了三维动画仿真在视觉分析上的优势及可行性。
关键词：视觉分析；方法；三维动画仿真
一、视觉分析的概念和意义
视觉是人重要的感知器官之一，在人的日常生活中起着相当重要的作用。在汽车行驶方面尤显突出，有研究表明，视觉为驾驶人提供的交通信息量达到驾驶人所获取交通量的80%。驾驶人在行驶过程中，沿线的道路情况、路侧环境的变化、实时的交通量、甚至天气情况对驾驶人的行车有着重要的影响，而这些都是通过驾驶人的视觉获得的。
从视觉心理出发，对道路的空间线形与周围自然景观和沿线建筑的协调等进行研究分析，以保持视觉的连续性，使行车具有足够的舒适感和安全感的综合设计称为视觉分析。驾驶员的视觉判断能力和车速密切相关，车速越高，其注视前方越远，而视角越小。驾驶员的静态和动态视力不同，其动视觉与运动速度、环境照度及驾驶员年龄等因素有关。国外研究表明：1、驾驶员的注意力集中点和心里紧张程度随车速的增加而增加；2、注意力集中点和视野距离随车速的增加而增大，当V=97km/h时，注意力集中点在前方600m意外的某一点；当V>97km/h时，驾驶员对前景细节的视觉开始变得模糊不清；3、视角随车速增加而逐渐变窄，当V=72km/h时，视觉范围a=30°~40°；当V=97km/h时，a=20°；当V=97km/h时，驾驶员的注意力在景象的中心，已不能估计两侧景象了。[1]
由此可见，对于快速道路来说，驾驶员的主要集中力是观察较远路幅对的线形状况，必须使驾驶员明白无误地了解前方线形变化，尽量避免由于判断错误而导致驾驶失误。
二、视觉分析方法
2.1视觉分析方法概述
驾驶人在道路上行驶，观察的是三维立体线形，而现阶段道路设计采用的是平面、纵断面分开设计的二维设计方法。带来的直接影响是设计人员对道路的感知和道路建成后驾驶人对道路的感知之间的不同。已建成的道路尤其是地形起伏比较大的山区道路线形指标相对比较大，有相当部分存在着视距不良，甚至有些会产生视觉误差。对于因设计平、纵的脱节带来的道路视觉不良，现有的方法除了依靠设计人员对于空间立体的感知能力外，运用道路透视图来判断设计线形视觉的优劣是现阶段比较常用的一种方法。运用透视图来判断道路线形与景观的协调性、判断构造物的设计、在超高过度区域的连续性等。虽然道路透视图在道路设计中运用广泛，且能解决很多道路线形设计视距上的问题。但是道路透视图仅仅反映一个视点的情况，和驾驶人的视觉连续性仍有差别。且道路透视图很难与周围环境相结合。随着BIM技术的出现，道路三维立体设计成为可能。设计人员在道路设计阶段，通过三维立体设计考虑驾驶人对道路视觉的要求，以驾驶人的角度设计出满足视觉要求的线形。和道路透视图相比，三维动画仿真是连续的视觉变化，且可以模拟沿线道路地形、地物。弥补了道路透视图的短板。因此，三维动画仿真是视觉分析的较好方法。
2.2三维动画仿真
PowerCivil 软件是一款直观的智能型三维信息建模软件，该软件可实现所见即所得三维参数化建模，采用创新方法在整个项目环境中设计土木工程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆PowerCivil 的交互式三维建模功能实现了约束驱动型参数化工具与工程法则的完美结合，帮助工程师完全掌控所有软件决策。
开发三维道路模型时，借助PowerCivil 的完整坐标几何(COGO)和高级路线设计功能，可以快速地创建出精确的平面线和纵断面。高程纵断面不仅会显示表面信息，还会显示与平面线关联的纵断面。此外，还可以显示通过平面定义和纵断面定义构建的组合式三维路线。导入地形图后，通过数据的处理，可以得到三维地膜模型。实现了实时动态三维线形设计。对现阶段道路设计因线形设计与实际脱节带来的线形不合理、视觉效果差等问题给了一个理想的解决方案。
1、模型的建立
PowerCivil 最大的特点是其种子文件，不同的种子文件对应不同专业的要求，其软件界面和相应的功能都是不同的。道路设计选用的种子文件是“Seed3D-InRoads-Metric”，用户选“examples”,项目选“Bentley-Civil-Metric”。打开软件进行设计时，PowerCivil 道路设计比较灵活，可以如同其他的设计软件一样通过交点法设计，其还可以直接载入地形图上的一段曲线的数据。加载地形，设计完纵断面后其可直接生成三维数据。可以实时通过三维仿真发现设计中的问题。
2、横断面路廊的设计
对于道路横断面设计，PowerCivil 是通过设置模板来进行设计的。用户可以使用软件自带的设计模板，也可以灵活的自己设计。并且其土石方的提取是通过三维数模来完成的，而非一般设计软件使用的平均断面法。土石方的提取更加合理和准确。模板的设计当中可以设置每个路面层的结构形式。其道路加宽可以灵活沿设置好的线形去走。加宽形式多样且容易操作。
3、模型材质的赋予
给三维仿真场景中的事物进行赋予相应的材质及对仿真进行渲染是通过仿真模拟真实驾驶环境中的重要一环。PowerCivil 软件对上述参数的设置是通过材质编辑器来实现的。材质编辑器中有不同的材质板，每个材质板都对应的一种事物的颜色，通过对单一材质板各种参数的调整如颜色、亮度、透明度、光滑度的调整，使其更贴近现实场景。
4、模型的渲染
渲染是通过显示着色面来表达3D模型的过程。渲染前通常需要给模型赋予材质、设置照明和确定观察角度等方式。要获得满意的渲染成果，需要在大致定义了照相机、光照和材料以后，通过渲染视图对画面效果进行综合调整以达到照片现实化。同时软件自带的场景模式，可以给仿真带来不同的视觉环境，使三维仿真更贴合现实环境。
5、三维动画的建立
借助PowerCivil 的约束驱动型模板、上下文相关的直观界面以及动态三维建模功能，可凭借经验进行实时设计。在建模过程中，可根据需要随时查看设计内容。而无需利用软件或通过转换进行查看，也无需执行特殊的工作流。可以模拟驾车通过三维通道模型的过程，以查看是否存在任何设计缺陷或物理冲突。
三、结束语
在驾驶人的行车过程中，沿线的道路情况、路侧环境的变化、实时的交通量、甚至天气情况对行车均有影响，这些方面信息的获取是通过视觉实现的，对驾驶人的视觉进行分析可以更直观的获取驾驶人在行车中的视觉感受。尤其在道路线性设计中，通过考虑驾驶人的视觉感受，使线性设计更加合理，驾驶人行车更加安全，可以有效避免交通事故的产生。
参考文献：
［1］林贵宝. 基于驾驶人视觉特性的交通安全设施设计研究[D]，长安大学博士研究论文，2016（1）：12-13.
［2］汤众. MicroStation工程设计应用教程[M]. 中国建筑工业出版社, 2008：140-200.
论文作者:齐高元
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/14
标签：驾驶人论文; 视觉论文; 道路论文; 线形论文; 纵断面论文; 透视图论文; 驾驶员论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月下论文;