透 過 選 擇 Google Street View 場 景 模 式 來 呈 現 實 際 道 路 上 的 狀 況 模 擬 並 且 經 由 預 先 紀 錄 好 的 各 國 都 市 座 標, 讓 使 用 者 可 以 選 擇 各 國 道 路 來 做 行 車 上 的 模 擬 使 本 系 統 不 僅 可 以

虛 擬 實 境 的 駕 駛 學 習 系 統 之 研 製 吳 建 中 *, 林 弋 喬 南 台 科 技 大 學 資 訊 工 程 系 wucc@mail.stust.edu.tw 摘 要 為 了 降 低 新 手 駕 駛 在 道 路 上 適 應 的 時 間, 一 個 能 夠 提 供 新 手 駕 駛 能 有 機 會 在 可 以 重 複 學 習 且 安 全 的 環 境 上 學 習 環 境 及 練 習 處 理 一 些 開 車 時 遇 到 的 突 發 狀 況 是 非 常 重 要 的 課 題 本 論 文 透 過 整 合 個 人 電 腦 Unity 遊 戲 引 擎 與 開 車 套 件, 設 計 一 個 駕 車 學 習 及 模 擬 系 統, 讓 使 用 者 可 以 經 由 行 車 模 擬 器 進 行 開 車 的 模 擬, 並 透 過 不 同 道 路 模 擬 以 及 路 上 特 殊 狀 況 的 模 擬, 讓 使 用 者 可 以 在 真 實 開 車 上 路 前 可 以 有 更 多 練 習 的 機 會 除 此 之 外, 本 論 文 整 合 Google 街 景 圖 與 行 車 路 況 模 擬 讓 使 用 者 有 更 真 實 的 駕 車 情 境 關 鍵 詞 : 行 車 模 擬 Unity Google 街 景 圖 虛 擬 實 境 Abstract In order to reduce the time that the novice drivers driving on the road. The driving learning and simulating system is very important. The system is integrated with the PC, Unity game engine and the driving package. There are different driving scenarios mode was, including the freeway driving mode, mountain road driving mode and the real street driving mode were designed. Besides, this system integrated the Google Street View. The user can see the real street view in this mode. Keywords: Driving Simulator, Unity, Google Street View, Virtual Reality 1. 前 言 目 前 車 輛 仍 主 流 的 交 通 工 具 之 一, 駕 駛 自 小 客 車 已 經 是 現 代 人 不 可 或 缺 的 交 通 工 具 然 而 在 駕 駛 人 行 車 的 過 程 中 會 經 常 有 車 禍 意 外 發 生, 不 僅 可 能 造 成 財 產 上 重 大 的 損 失, 更 危 害 到 人 們 生 命 的 安 全 就 算 沒 有 生 命 上 的 危 害, 也 會 有 終 生 不 可 抹 滅 的 精 神 傷 害 所 以 駕 駛 人 實 有 必 要 努 力 地 提 升 自 我 之 安 全 駕 駛 能 力, 熟 練 各 項 駕 駛 中 所 需 要 之 技 術 與 在 真 實 道 路 上 的 應 變 能 力, 並 且 注 意 交 通 號 誌 的 規 則, 以 減 少 交 通 事 故 之 發 生 及 人 車 之 傷 亡 交 通 意 外 的 事 故 有 相 當 多 種, 其 中 以 自 小 客 車 的 交 通 意 外 事 故 還 是 居 高 不 下 如 表 1 所 示, 是 臺 北 市 政 府 交 通 局 的 民 國 101 年 統 計 月 報, 從 民 國 91 年 的 823 件 交 通 事 故 到 101 年 上 升 到 1145 件 因 此, 對 於 駕 駛 人 駕 駛 自 小 客 車 的 行 車 狀 況 是 我 們 需 要 密 切 關 注 的 問 題 表 1. 台 北 市 交 通 局 102 年 1 月 統 計 月 報 [1] 在 新 手 駕 駛 的 通 病 上, 最 常 見 的 是 轉 彎 或 是 道 路 口 未 減 速 與 觀 察 周 遭 打 手 機 放 光 碟 吃 零 食 甚 至 還 邊 開 車 邊 打 簡 訊 的 也 有 且 剛 考 到 駕 照, 經 驗 上 的 不 足 所 以 經 常 忽 視 交 通 標 誌 跑 錯 車 道 是 常 有 的 事 應 證 了 考 過 駕 照 的 民 眾 不 一 定 能 順 利 的 駕 駛 於 實 際 的 道 路 上 雖 然 交 通 事 故 的 原 因 可 以 歸 類 為 人 為 車 輛 環 境 等 三 種 因 素 如 表 2 所 示 是 民 國 100 年 道 路 交 通 事 故 的 肇 事 原 因 未 注 意 車 前 狀 況 違 反 交 通 號 誌 皆 為 交 通 事 故 的 主 要 因 素, 這 也 清 楚 的 表 示 有 高 達 九 成 的 交 通 事 故 都 是 人 為 造 成 的 表 2. 民 國 100 年 道 路 交 通 事 故 的 肇 事 原 因 [2] 本 論 文 透 過 行 車 模 擬 器 並 結 合 Unity 的 3D 遊 戲 引 擎 所 產 生 出 來 的 行 車 模 擬 效 果 來 進 行 行 車 模 擬 並 經 由 此 系 統 的 道 路 的 模 擬 來 進 行 道 路 狀 況 的 模 擬 學 習 與 駕 駛 與 訓 練 面 對 交 通 號 誌 的 應 變 與 進 退 並 結 合 Google Street View 街 景, 讓 駕 駛 可 以 831

透 過 選 擇 Google Street View 場 景 模 式 來 呈 現 實 際 道 路 上 的 狀 況 模 擬 並 且 經 由 預 先 紀 錄 好 的 各 國 都 市 座 標, 讓 使 用 者 可 以 選 擇 各 國 道 路 來 做 行 車 上 的 模 擬 使 本 系 統 不 僅 可 以 座 駕 車 上 的 練 習, 也 可 以 欣 賞 各 國 道 路 的 不 同 風 景 系 統 示 意 圖 如 圖 1 所 示 圖 2. 系 統 架 構 圖 圖 1. 系 統 示 意 圖 2. 研 究 方 法 與 系 統 設 計 接 下 來 將 會 針 對 本 系 統 做 設 計 以 及 說 明, 本 論 文 系 統 主 要 分 為 (1) 行 車 模 擬 器 通 訊 系 統 (2) 行 車 模 擬 系 統 (3) Google Street View 行 車 模 擬 系 統 接 下 來 本 論 文 將 會 針 對 各 個 系 統 作 個 別 介 紹 2.1 行 車 模 擬 器 通 訊 系 統 本 論 文 透 過 行 車 模 擬 器 來 讓 使 用 者 模 擬 駕 駛 行 車, 由 於 此 行 車 模 擬 器 為 HID 設 備, 所 以 可 以 撰 寫 HID 程 式 來 溝 通, 利 用 Win32 應 用 程 式 介 面 (Application Programming Interface, API) 來 進 行 與 行 車 模 擬 器 的 通 訊 本 系 統 在 硬 體 抽 象 層 中 自 行 開 發 HID 通 訊 程 式 來 擷 取 USB 訊 號,Unity 可 載 入 與 人 機 介 面 裝 置 相 關 的 動 態 連 結 檔 kernel32.dll HID.dll setupapi.dll 並 且 可 以 擷 取 行 車 模 擬 器 的 訊 號, PC 端 負 責 接 收 USB 訊 號 並 且 分 析 其 訊 號 所 代 表 的 含 義 來 做 相 對 應 的 行 車 駕 駛 的 動 作 透 過 USB 的 通 訊 概 念, 來 擷 取 行 車 模 擬 器 的 USB 所 送 出 的 訊 號, 並 分 析 每 一 個 接 收 過 來 的 訊 號 意 義, 接 收 過 來 的 訊 號 皆 以 16 進 制 作 轉 換 每 一 次 從 行 車 模 擬 器 所 抓 取 的 位 元 組 共 有 8bytes 利 用 每 一 組 資 料 所 分 析 的 數 據 意 義, 讓 使 用 者 在 操 作 行 車 模 擬 器 時, 就 可 以 知 曉 使 用 者 目 前 的 開 車 動 作 行 為, 並 反 應 在 行 車 模 擬 場 景 上 比 如 說 駕 駛 者 踩 了 多 少 油 門 煞 車 或 排 檔 的 更 換 等 等 下 圖 2 為 行 車 模 擬 系 統 的 系 統 架 構 圖 PC 主 機 與 USB 裝 置 協 定 完 後, 溝 通 的 方 式 將 會 利 用 Windows 標 準 API 所 提 供 的 函 式 來 取 得 的 裝 置 代 碼 來 開 啟 溝 通 的 管 道 與 工 作 我 們 可 以 藉 由 Unity 可 載 入 外 部 動 態 連 結 檔 的 特 性 來 使 用 相 關 的 Windows API 首 先, 在 尋 找 行 車 模 擬 器 裝 置 時, 透 過 自 訂 義 找 尋 裝 置 的 函 式 get_device, 要 使 用 此 函 式 必 頇 宣 告 變 數 型 態 為 GUID (Globally Unique Identifier) 的 變 數 HidGuid GUID 是 用 來 識 別 視 窗 作 業 系 統 註 冊 區 中 的 項 目, 通 常 表 示 成 32 個 16 進 制 數 位 組 成 的 字 串 在 HidDevice 應 用 程 式 中, 要 找 出 HID 在 註 冊 區 中 的 GUID 這 就 需 要 使 用 到 公 用 函 式 HidD_GetHidGuid 接 著 就 可 以 藉 由 Guid 來 找 尋 硬 體 中 屬 於 HID 在 PC 上 的 位 置 找 尋 過 程 需 要 先 調 用 SetupDiGetClassDevs 來 獲 取 所 有 HID 裝 置 的 資 訊, 再 來 可 以 用 SetupDiEnumDeviceInterface 來 一 個 個 尋 找 PC 上 所 連 結 指 定 的 HID 裝 置, 然 後 根 據 上 述 所 回 傳 的 資 訊 來 尋 找 指 定 的 HID 裝 置 找 到 後 使 用 者 指 定 的 HID 裝 置 後, 必 頇 使 用 SetupDiGetDeviceInterfaceDetail 函 式 來 獲 得 特 定 的 HID 路 徑 名 此 函 式 必 頇 要 調 用 兩 次, 第 一 次 會 回 傳 裝 置 長 度, 第 二 次 才 會 回 傳 本 系 統 所 需 要 的 裝 置 路 徑 名 稱 最 後 利 用 此 裝 置 的 路 徑 名 來 透 過 CreateFile 函 式 來 獲 取 DeviceHandle 然 而 系 統 中 可 能 有 許 多 HID 的 裝 置, 由 於 要 確 認 是 否 為 使 用 者 所 指 定 的 裝 置 所 以 要 取 得 HID 裝 置 的 屬 性 (Attributes) 以 及 功 能 (Capabilities) HID 屬 性 為 製 造 商 識 別 碼 (Vendor ID) 產 品 識 別 碼 (Product ID) 和 版 本 號 碼 (Version Number) 三 個 他 們 是 以 結 構 的 名 稱 HIDD_ATTRIBUTES 來 儲 存 上 述 三 個 屬 性 可 以 調 用 公 用 函 HidD_GetAttributes, 則 可 以 取 得 三 個 屬 性 碼, 將 之 存 於 該 結 構 變 數 HidAttributes 中 使 用 者 取 得 HID 屬 性 後, 就 可 以 與 欲 尋 找 裝 置 的 屬 性 做 比 對, 作 為 選 取 裝 置 的 方 法 本 系 統 的 應 用 程 式 的 屬 性 變 數 Result 可 以 來 比 對 VendorID ProductID 和 VersionNumber 來 抓 取 目 前 行 車 模 擬 器 所 在 的 HID 裝 置 下 圖 3 為 查 詢 HID 設 備 的 流 程 圖 832

表 3. 行 車 模 擬 器 HID 訊 號 意 義 2.2 行 車 模 擬 系 統 模 擬 行 車 場 景 的 部 分, 本 論 文 一 般 的 地 形 場 景 可 藉 由 Unity 所 提 供 的 地 圖 編 輯 器 來 進 行 地 型 的 修 改, 還 有 利 用 筆 刷 工 具, 來 進 行 山 地 地 形 的 升 高, 與 海 岸 線 的 雕 塑 樹 木 與 草 地 的 部 分, 可 藉 由 Unity 所 提 供 的 素 材 包 來 進 行 草 皮 的 貼 圖, 還 有 樹 木 的 設 計, 並 繪 製 山 地 的 植 被 陽 光 照 射 的 部 分, 可 透 過 Unity 提 供 的 光 源 設 定 來 調 整 方 向 光 源, 來 達 到 光 罩 的 特 效 其 餘 比 較 複 雜 的 建 築 物 道 路 等, 皆 是 由 3D MAX 來 設 計, 並 產 生.FBX 檔 來 匯 入 Unity 擺 設 行 車 場 景 下 圖 5(a) 為 利 用 3D MAX 所 設 計 的 建 築 畫 面 (b) 為 Unity 物 件 擺 放 畫 面 圖 3. HID 通 訊 流 程 圖 透 過 上 述 的 HID 裝 置 訪 問 流 程, 即 可 利 用 ReadFile 函 式 來 擷 取 汽 車 模 擬 器 的 訊 號 經 由 訊 號 的 擷 取, 我 們 就 可 以 知 道 使 用 者 使 用 汽 車 模 擬 器 的 訊 號 使 用 比 如 踩 了 多 少 油 門 煞 車 排 檔 的 更 換 等 等 最 後 將 接 收 過 來 的 訊 號 皆 以 16 進 制 做 轉 換 然 而 利 用 其 數 據 意 義, 將 目 前 駕 駛 的 動 作 解 析 並 傳 入 Unity 引 擎 做 進 一 步 的 開 車 分 析 下 圖 4 為 行 車 模 擬 器 所 擷 取 到 的 行 車 模 擬 USB 資 料 表 3 為 駕 駛 行 車 模 擬 器 時, 行 車 模 擬 器 每 一 次 抓 取 的 位 元 組 數 據 意 義 圖 5. (a) 3D MAX 建 築 設 計 (b) 場 景 物 件 擺 放 圖 4. 行 車 模 擬 器 訊 號 擷 取 本 論 文 藉 由 3D MAX 所 匯 入 的 道 路 模 型 的 擺 放 與 設 計, 就 可 以 進 行 使 用 者 的 行 車 規 劃 與 路 徑 並 且 透 過 路 面 材 質 的 選 擇 匯 入, 可 以 讓 路 面 更 有 真 實 感 繪 製 完 後 可 以 利 用 Unity 裡 面 的 Camera 組 件 來 調 整 行 車 模 擬 視 角 方 向 與 位 置 本 論 文 目 前 提 供 山 路 路 段 與 城 市 路 段 供 使 用 者 作 選 擇 下 圖 6(a) 所 示 為 城 市 中 場 景,(b) 為 山 路 中 場 景 路 段 833

圖 7. Wheel Collider 摩 擦 力 曲 線 示 意 圖 [14] 接 著 在 此 函 數 設 置 汽 車 剛 體 的 中 心 點, 使 得 接 下 來 在 行 走 時, 可 以 依 據 中 心 點 來 作 汽 車 上 的 平 衡 接 下 來 經 由 汽 車 引 擎 的 最 高 移 動 速 度 來 賦 予 每 一 個 檔 位 的 最 高 限 速 下 圖 8 為 初 始 化 流 程 圖 圖 6. (a) 城 市 場 景 路 段,(b) 為 山 路 場 景 路 段 駕 駛 行 車 的 控 制 方 面, 在 設 計 汽 車 3D 模 型 的 控 制 之 前, 必 頇 要 透 過 3D MAX 來 設 計 車 內 的 基 本 圖 形, 本 論 文 採 用 第 一 人 稱 視 角 的 場 景 進 行 模 擬 再 來 設 計 行 車 模 型,Unity 可 撰 寫 C# 或 JavaScrip 腳 本 來 賦 予 物 體 的 移 動 還 有 控 制 本 論 文 首 先 透 過 Unity 自 帶 的 剛 體 (Rigidbody) 組 件 加 至 車 體 物 件, 使 Unity 內 的 物 體 能 在 物 理 控 制 下 運 動, 讓 此 可 以 接 受 外 來 的 碰 撞 與 力 矩, 使 車 子 可 以 像 現 實 一 樣 運 動 我 們 可 以 在 腳 本 內 撰 寫 程 式 去 操 作 此 物 件 經 由 行 車 模 擬 器 通 訊 系 統 所 回 傳 的 油 門 與 煞 車 的 資 料, 來 控 制 物 體 在 Unity 內 移 動 速 度 快 慢 並 且 利 用 Unity 自 帶 的 Wheel Collider 類 別 來 設 計 汽 車 每 一 個 輪 胎 的 車 輪 半 徑 大 小 車 輪 質 量 碰 撞 檢 測 車 輪 物 理 引 擎 和 輪 胎 磨 擦 力 等 等 在 Unity 內 部 撰 寫 汽 車 程 式 時, 主 要 模 型 已 經 由 Unity 來 做 3D 模 型 的 導 入, 我 們 只 要 透 過 程 式 腳 本 來 實 現 對 物 件 以 及 組 件 的 操 作 通 過 上 述 在 汽 車 模 型 所 添 加 的 剛 體 屬 性 來 讓 我 們 可 以 在 Unity 中 去 設 計 推 動 汽 車 的 質 量 汽 車 向 前 的 力 矩 還 有 設 計 控 制 它 函 式 等 Unity 的 內 部 主 要 的 初 始 函 式 中, 有 Start Update FixUpdate 等 等 Start 主 要 是 實 現 本 論 文 汽 車 初 始 化 的 地 方, 透 過 此 函 式 用 來 初 始 化 Wheel Collider 類 別, 使 得 每 一 個 汽 車 車 輪 可 以 與 本 論 文 所 設 計 的 地 面 下 產 生 磨 擦 力 作 用 對 於 移 動 車 體 的 方 向 而 言, 均 存 在 一 種 摩 擦 力 曲 線, 能 夠 顯 示 車 輪 和 我 們 所 設 計 的 地 面 間 的 滑 度 與 在 行 車 時 所 形 成 的 力 度 之 間 的 關 聯 情 况 通 過 我 們 指 定 Extremum Slip 和 Asymptote Slip 數 值 來 設 計 出 本 論 文 的 車 子 所 適 合 的 摩 擦 力 曲 線 下 圖 7 為 Wheel Collider 摩 擦 力 曲 線 示 意 圖 圖 8. 初 始 化 流 程 圖 然 而 在 Update 函 數 中, 在 運 行 畫 面 每 一 偵 之 前 此 函 數 都 會 被 調 用 到 本 系 統 經 由 此 特 性 來 讓 此 函 數 負 責 擷 取 行 車 模 擬 器 所 傳 送 的 資 料 處 理 並 分 析 出 目 前 駕 駛 的 行 為 模 式 比 如 踩 油 門 煞 車 的 多 寡 方 向 盤 的 轉 動 排 檔 的 更 換 等 等 由 此 函 數 負 責 處 理 除 此 之 外, 透 過 自 定 義 的 UpdateGears 函 式 來 透 過 比 較 當 前 速 度 與 在 前 面 Start 裡 所 初 始 化 的 每 一 檔 的 數 值 來 計 算 目 前 駕 駛 在 哪 一 個 檔 位 使 速 度 可 以 依 據 目 前 使 用 者 的 檔 位 速 度 來 受 到 限 制 最 後 一 個 函 數 為 FixUpdate 函 數 部 分, FixedUpdate 是 Unity 中 放 置 與 物 理 運 算 有 關 的 內 建 事 件 處 理 函 式, 所 以 執 行 內 容 若 不 是 與 物 理 運 算 有 關, 或 者 沒 有 必 要 強 制 頻 繁 更 新, 盡 量 不 要 放 在 FixedUpdate 中 否 則 會 消 耗 相 當 多 資 源 此 函 數 與 Update 函 數 差 異 之 處 就 是 可 以 用 指 定 的 頻 率 來 調 用, 不 受 電 腦 畫 面 中 偵 數 的 影 響 的 處 理 首 先 經 由 UpdateHIDData 來 更 新 目 前 USB 訊 號 的 Buffer 再 來 處 理 汽 車 行 走 時 的 物 理 函 式 首 先 透 過 自 訂 義 的 函 式 UpdateDrag, 可 以 影 響 汽 車 行 徑 時 它 的 空 氣 阻 力 換 句 話 說, 也 就 是 經 由 給 予 反 向 的 力 給 車 體, 會 使 得 車 體 減 速 前 進 透 過 物 理 學 上 空 氣 阻 力 與 物 體 速 度 的 平 方 成 正 比, 讓 我 們 使 反 向 速 度 平 方 834

第十二屆離島資訊技術與應用研討會論文集 讓汽車隨著速度的增大阻力也會增大並且更快 空 氣阻力的公式為: 𝐅 = 𝐤 𝐯𝟐 公式(一) F 為阻力 K 為介質阻力係數 (汽車的阻力係數約為 0.25~0.45) V 為物體的速度 來以時速限制為例 首先利用 Unity 來製作速限偵 測區域 如下圖 10(a) 當駕駛人在此限制區域內 超速行駛 則會觸發 OnTriggerEnter 函式 系統會 在車窗前出現超速警告訊息來提醒使用者 並發出 警示語音 來警告使用者已經超速的違規音效警告 如下圖 10(b)所示 若是駕駛者有煞車的動作時 那麼本系統便會 依據此阻力值的基礎上再加上一些反向的力 使汽 車可以慢慢減速至靜止 接下來車輪行徑時的摩擦 力也透過 UpdateFriction 來更新並處理 藉由在 Start 初始化函式中所設計的摩擦力曲線 讓汽車 車輪可以依據指定頻率來做輪胎與它所在地面之 間的摩擦力處理 之後我們透過自訂義的函式 UpdateEnginePower 來更新汽車內部引擎的牽引力 透過油門訊號的多寡 來決定出引擎牽引力是否增 加或是減少 並且在最後與汽車剛體的質量乘積 透過 UpdateThrottle 和 UpdateSteering 來決定出要 增加多少額外的添加力讓車體移動和車體的轉向 下圖 9 為 FixUpdate 流程圖 圖 10. 系統駕駛違規警示圖 在駕車學習上 本系統透過行車模擬器通訊系 統所擷取的 USB 訊號來獲取目前駕駛者的開車行 為 如踩油門煞車 打檔 打方向燈等等 並且藉 由目前駕駛人所使用的駕駛行為來偵測如換檔時 離合器有無踩壓 經由方向盤轉向讓系統判斷轉彎 時是否有打方向燈等等 若駕駛人沒有依據道路行 駛的規則開車或是駕駛人有錯誤的駕車行為 則會 出現駕車的提示聲與車窗上的警告訊息 使駕駛者 在學習時 可以得知在行車過程中 是否有錯誤的 駕車行為 下圖 11 為駕駛人開車時的提示圖 圖 9. FixUpdate 流程圖 行車資訊方面 目前使用者所行車的車速可直 接透過車體上剛體的 velocity 類別來取得目前車子 的即時速度 然而轉速方面 本論文透過引擎轉速 的公式來獲得 如公式(二)所示 𝐑𝐏𝐌 = 引擎功率 𝟔𝟎 𝟐𝝅 公式(二) 圖 11. 系統駕駛提示圖 行車路況模擬方面 本系統添加了一些交通號 誌 如車速限制標誌 紅綠燈 車輛禁止進入標示 等等 本系統在偵測駕駛違規情況時 使用了 Unity 內部的 OnTriggerEnter 函式來偵測駕駛違規 接下 除此之外 本系統加入了行車車輛 路上行人 等 本論文在 Unity 行車場景上增加停駐點 並且 讓物件紀錄停駐點在 Unity 場景的座標 使場景上 的車子以及行人可以依據所設想的路徑規劃來行 835

第十二屆離島資訊技術與應用研討會論文集 f 為第二點之經度值(弧度表示) 下圖 13 為 Google Street View 街景行車模擬系 統畫面 透過 Google Street View 整合 讓使用者 可以有真實在馬路開車的感覺 走 最後透過 Unity 內建函式 OnCollisionEnter 來 做行車場景內車子的碰撞檢測 若有碰撞事件發生 時 經由 Unity 場景內每一個 3D 物件所設的 Tag 來分辨出碰撞的物體是否為車 或行人 為了能讓 使用者可以在駕駛時注意來車 本系統使用了 Unity 的 Camera 組件製作了後視鏡 左右視鏡等 並藉由 OnTriggerEnter 事件偵測來檢測後方來車 讓駕駛人員可以習慣於去應對來車 若駕駛人員行 車時碰撞到場景內行人或車子 則系統將無條件退 出場景 下圖 12 為行車模擬裡路上行車的畫面 圖 13. Google Street View 行車模擬系統畫面 本系統也可讓使用者選擇不同國家的風景來 做行車的實境模擬 經由使用者在進入 Google Street View 行車模擬的 GUI 選單 我們會將預先 設定好的不同國家的經 緯度資料來載入 Google Street View 裡的參數中 讓駕駛模擬不僅可以練習 駕車 也可以透過此系統來了解各國不同的路況 下圖 14 為 Google Street View 各國街景行車模擬系 統選單畫面 圖 12. 路上行車畫面 2.3 Google Street View 行車模擬系統 在行車模擬系統方面 本系統除了利用 Unity 產生 3D 虛擬實境的場景外 可再另外選擇 Google Street View 場景模式 本系統首先以 JavaScript 語 法來透過 URL 用非同步的方式載入 Google Map API v3 來使用 並利用 initialize 函式來構建一个 LatLng 對象 再來設定地圖以緯度 經度來傳遞 其參數 最後透過 Map 類別來新增一個地圖的對 象來創建地圖街景 街景服務需透過 StreetViewPanorama 類別來開發街景程式 這個類 別會提供相關的 API 使預設的街景呈現 本系統 經由此類別來使 Unity 可以在真實行車場景上來 駕駛模擬 透過踩踏行車模擬器上的油門的多寡來 影響街景視點移動 並經由本系統透過行車模擬速 度來更新 SetTimeout 函式的時間影響視點移動的 快慢 透過 StreetViewPanorama 類別的兩點 Pano ID 間的經緯度距離與更新視點的時間換算成行車 模擬的速率移動 如公式(三)所示為模擬速率的公 式 同一時間再經由使用者使用行車模擬器的方向 盤來更新 USB 資料訊號 控制目前 Google 街景視 點上的 heading 和 pitch 參數的視點角度 達到 Google 街景轉向移動的效果 速率 = 圖 14. 紐約街景道路與各國選單畫面 3. 成果 本論文成功整合 Unity 與行車模擬器 來開發 出一套可以讓使用者練習開車 並可以產生真實行 車訊號的系統 行車模擬系統透過 HID 通訊程式 來擷取並分析行車模擬器的 USB 訊號意義 並將 接收過來的訊號皆以 16 進制做轉換 然而利用其 數據意義 將目前駕駛的動作解析並傳入 Unity 引 擎做進一步的開車分析 車體控制方面 本論文使 用了 Unity 內部的剛體組件 以及 Wheel Collider 類別來設計出汽車的移動與物理速度上實現 然而 在行車場景方面 本論文目前提供山路地形與城市 路段來供使用者作選擇 在場景中設計了路上行人 與行車 交通號誌等等 讓使用者可以透過不同道 路模擬以及路上特殊狀況的模擬等來學習駕駛的 應對進退 並在使用者違反交通號誌的規則時 可 以在行車模擬的車窗前顯示違規提示與 PC 上聲音 的警示來提醒使用者 值得一提的是本論文除了提 供模擬的地形與道路資料讓使用者學習外(如圖 𝝀 𝐑 𝟐𝐚𝐫𝐜𝐬𝐢𝐧( 𝐬𝐢𝐧 𝟐( )+𝐜𝐨𝐬 𝒔 𝐜𝐨𝐬 𝒇 𝐬𝐢𝐧 𝟐 ( )) 𝟐 𝟐 (公式 時間 三) R 為地球半徑(約為 6378.137 km) 為兩點經度之差(弧度表示) 𝝀為兩點緯度之差(弧度表示) s 為第一點之經度值(弧度表示) 836

15), 透 過 整 合 模 擬 器 與 Google Street View ( 如 圖 16), 讓 使 用 者 有 真 實 道 路 開 車 的 感 覺, 同 時 可 以 選 擇 不 同 的 國 家, 地 點, 進 行 虛 擬 實 境 的 道 路 駕 駛, 可 以 讓 使 用 者 能 提 早 熟 悉 當 地 駕 車 路 況, 還 可 以 當 作 娛 樂 設 備, 享 受 在 不 同 國 家 與 道 路 的 駕 駛 樂 趣 圖 15. Unity 行 車 模 擬 系 統 操 作 圖 圖 16. Google Street View 行 車 模 擬 系 統 操 作 圖 4. 結 論 與 討 論 本 論 文 的 虛 擬 實 境 的 駕 駛 學 習 系 統 主 要 可 以 提 供 以 下 幾 個 應 用, 包 括 :(a) 新 手 駕 駛 的 開 車 練 習,(b) 作 為 開 車 行 為 分 析 的 雛 型 模 型, 用 來 先 期 收 集 開 車 的 行 為 資 訊, 降 低 在 實 驗 上 的 油 耗 及 危 險 (c) 當 作 娛 樂 設 備, 透 過 各 國 道 路 來 做 行 車 上 的 模 擬 來 欣 賞 各 國 道 路 的 不 同 風 景 致 謝 本 論 文 之 完 成 非 常 感 謝 國 科 會 NSC 101-2221-E-218-031- 計 畫 及 國 科 會 大 專 生 101-2815-C-218-035-E 計 畫 經 費 之 支 持 年 11 月. [3] 吳 建 中, 林 弋 喬, " 駕 駛 模 擬 系 統 的 研 製 ", 2012 數 位 生 活 科 技 研 討 會, pp.369 373, 雲 林, 2012. [4] 吳 建 中, 陳 明 睿,and 李 宗 明, " 嵌 入 式 智 慧 行 車 輔 助 與 監 控 系 統 ",2011 數 位 生 活 科 技 研 討 會, 雲 林,2011. [5] 杨 晶 晶, 江 春 华, "USB HID 设 备 驱 动 程 序 设 计 ", 电 子 科 技 大 学 计 算 机 科 学 与 工 程 学 院 碩 士 論 文,2006. [6] 張 眾 函, " 微 軟 視 窗 之 USB 裝 置 驅 動 程 式 產 生 器 之 研 製 ", 南 台 科 技 大 學 碩 士 論 文,2006 [7] 許 永 和,USB 規 格 與 理 論 剖 析, 儒 林 圖 書 公 司, 台 北 市,2009 [8] 謝 忠 和,Unity 3D 跨 平 台 遊 戲 開 發 寶 典, 佳 魁 資 訊 股 份 有 限 公 司, 台 北 市,2012. [9] 趙 俊 昌, 程 朝 斌,3ds Max 遊 戲 設 計 師 實 戰 攻 略, 上 奇 資 訊, 台 北 市,2011. [10] 丁 裕 峰,Unity 3D 遊 戲 開 發 設 計 學 院, 上 奇 資 訊, 台 北 市,2010. [11] 周 洪 利, 计 算 机 高 级 接 口 技 术, 清 华 大 学 出 版 社,2008. [12] 趙 俊 昌, 程 朝 斌, "3ds Max 遊 戲 設 計 師 實 戰 攻 略 ", 上 奇 資 訊, 台 北 市,2011. [13] 羅 見 順, "Unity 3D 網 路 競 速 遊 戲 設 計 ", 上 奇 資 訊, 台 北 市,2012. [14] Unity Wheel Collider. URL available at: http://docs.unity3d.com/documentation/comp onents/class-wheelcollider.html. [15] K. Yang and J. Jie, "The Designing of Training Simulation System Based on Unity 3D," Intelligent Computation Technology and Automation, pp.976 978, 2001. [16] J. J. Moskwa and J. K. Hedrick, "Automotive Engine Modeling for Real Time Control Application," American Control Conference'87, pp.341 346, 1987. [17] M. O'Nils and A. Jantsch, "Operating system sensitive device driver synthesis from implementation independent protocol specification," Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition 1999, [18] S. Jing, I. J. Kolmanovsky, J. A. Cook, and J.H. Buckland, "Modeling and Control of Automotive Powertrain Systems: A Tutorial," American Control Conference'05, Vol.5, pp.3271 3283, 2005. 參 考 文 獻 [1] 臺 北 市 交 通 局, 臺 北 市 政 府 交 通 局 統 計 月 報, 民 國 102 年 1 月. [2] 交 通 部 運 輸 研 究 所, 交 通 統 計 報 表, 民 國 101 837