半主动拟合单体式虚拟现实机动车驾驶自动教练方法 本发明涉及一种半主动拟合单体式虚拟现实机动车驾驶自动教练方法，采用机械-电子传感技术和计算机数模转换、多媒体、虚拟现实、互连网技术，采取半主动拟合单体式驾驶动作输入和比对，实现互连网远程驾驶教练管理，为学员提供完整、逼真、严格、自动纠错的教练环境，使其能够全面快速掌握全套驾驶技术，直接上路实车驾驶。属计算机信息技术领域。
现有的机动车驾驶模拟教练方法，通常包括三种：
第一种是被动集团式模拟驾驶教练方法，以美国多伦精密系统公司的L-300型汽车驾驶模拟系统为代表。该方法采用一部电影放映机播放道路景况，多名学员分别坐在各自的汽车驾驶模拟座椅上观看、进行驾驶动作操作，计算机判断其动作正误，作出成绩评定，其过程由一名教练员对教练进程进行现场管理。这种教练方法难以适应不同学员的教练进度，也不便快速重复同一景况实现条件反射训练，无法真实表现车辆驾驶中的多种复杂突然意外情况，需要人工陪练。
第二种是被动单体式模拟驾驶教练方法，以美国多伦精密系统公司的L-301型汽车驾驶模拟系统为代表。该方法让每一名学员坐在一个带显示器的单体独立汽车驾驶模拟座椅上进行操作教练。这种教练方法同样无法真实表现车辆驾驶中的多种复杂突然意外情况，不能在显示屏上表现学员对所驾驶车辆的控制， 未能实现多名学员联网教学和统一管理。
第三种是全主动单体式模拟驾驶教练方法，以美国多伦精密系统公司的L-300VMT型汽车驾驶模拟系统为代表。该方法采用缩微场地和车辆的物理模型，在缩微汽车模型上加装微型电视摄象机，将实时摄取的缩微驾驶物理模型景观传输到单体模拟驾驶室前方和侧面的显示屏上，学员通过模拟驾驶室的方向盘、驾驶杆控制缩微汽车模型的运动，进行驾驶动作练习。这种教练方法不能严格约束学员的动作，缺乏自动纠错的教练环境，不能紧跟社区道路环境变化迅速变更教练内容。
此外，上述三种方法都不能实时反映社区实际路况，无法用于陌路训练，未能联网实现远程管理。这些不足，限制了计算机信息技术在机动车驾驶教练中的深入应用。
本发明的目地是弥补上述三种方法的不足，设计一种能自动采集社区道路景况并直接用于虚拟现实机动车驾驶自动教练的方法，采用现有的机械-电子传感技术和计算机数模转换、多媒体、虚拟现实、互连网技术，进行计算机软件编程，可随时更新标准驾驶动作参数流和视听信息流，以高真实度的驾驶景况展现给学员；学员根据视听获得的车辆行驶景况，在单体模拟车上拟合标准驾驶动作；计算机根据学员的操作方向和速度在一定程度上调整显示屏图象的平移和改变播放速度，使学员感受到对所驾驶车辆的控制；同样的操作过程重复多次使学员中枢神经建立正确快速的条件反射，获得实车驾驶技能，直接上路驾驶；并通过互连网实现由教练管理中心控制远程、多人的训练进程，大大提高机动车驾驶教练的效率，减少因驾驶技术生疏而发生的交通事故。
本发明设计的半主动拟合单体式虚拟现实机动车驾驶自动教练方法，由下列各步骤组成：
1.采集模块采集教练员在实际道路上的标准驾驶动作数字样本和道路景况；
2.教练模块将该道路景况展示给学员，学员使用驾驶模拟器去拟合教练员在实际道路上的标准驾驶动作，计算机根据学员的操作方向和速度在一定程度上调整显示屏图象的平移和播放速度，使学员感受到对所驾驶车辆的控制：
3.教练模块依据标准驾驶动作数字样本，对学员驾驶动作的正误作出判断，同时反馈给学员，令其继续、改正或重做，并对其成绩作出评定；
4.管理模块累计学员的成绩、训练时间、收费计费，组织多人进行比赛；并将教练信息通过国际互连网报告教练管理中心；教练管理中心通过国际互连网远程搜集整理学员信息、调整教练内容。
上述的方法中，采集模块对标准驾驶动作数字样本和景况采集方法的过程，由下列各步骤组成：
第一步：编辑电子地图。采集模块根据教练管理中心下达的教练内容调整命令，编辑电子地图；
第二步：在电子地图上选择教练道路。教练员在电子地图中选择教练道路；
第三步：输入标准驾驶动作。教练员按教练道路驾驶车辆沿实际道路行驶，通过安装于各个操纵部位的传感器输入标准驾驶动作；
第四步：采集标准驾驶动作信号。计算机通过机械-电子传感器将标准驾驶动作采集成模拟信号；
第五步：数模转换。将标准驾驶动作模拟信号通过数模转换器转成标准驾驶动作数字信号；
第六步：动作信号汇总排序。将标准驾驶动作数字信号汇总，按时间顺序，编成标准驾驶动作数据表：
第七步：建立标准驾驶动作数字样本。按标准驾驶动作数据表建立标准驾驶动作数字样本；
第八步：标准车辆行驶景况视频音频信号录制。在第三步输入标准驾驶动作的同时，通过电视摄象机将标准车辆行驶前后方的景况录制成视频音频模拟信号景况；
第九步：MPC格式视频音频数字压缩。通过MPC采集压缩卡将视频音频模拟信号转换成MPC格式的视频音频数字景况；
第十步：数字样本和景况信号同步调整。对标准驾驶动作数字样本和视频音频数字景况作时间上的同步调整；
第十一步：与电子地图建立对应表。将标准驾驶动作数字样本、视频音频数字景况与第一步编辑的电子地图建立对应表，供教练模块使用。
教练模块对学员驾驶动作教练方法的过程，由下列各步骤组成：
第一步：建立标准数字样本/景况对应表数据库。将采集模块传入或通过国际互连网从教练管理中心下载的标准驾驶动作数字样本和景况对应表建立数据库，
第二步：建立电子地图。依据标准驾驶动作数字样本和景况对应表数据库建立电子地图；
第三步：路道选择。学员从电子地图中选择教练道路，然后按学员选择的教练道路从对应表数据库中输出标准驾驶动作数字样本和景况；
第四步：视频音频信号输出和播放。将标准驾驶景况中的视频信号和音频信号分别通过显示器和音箱播放给学员；
第五步：学员拟合驾驶动作。学员依据标准驾驶景况在驾驶模拟器上作出拟合驾驶动作；
第六步：图象平移、变速。计算机根据学员的操作方向和速度在一定程度上调整显示屏图象的平移和播放速度，使学员感受到对所驾驶车辆的控制；
第七步：采集学员驾驶动作信号。计算机通过机械-电子传感器采集学员的拟合驾驶动作信号；
第八步：数模转换。通过数模转换器将学员的拟合驾驶动作模拟信号转为数字信号；
第九步：动作信号汇总排序。将拟合驾驶动作数字信号汇总，按时间顺序，编成拟合驾驶动作数据表；
第十步：建立拟合驾驶动作样本。按拟合驾驶动作数据表建立拟合驾驶动作数字样本；
第十一步：输出标准驾驶动作样本。由标准驾驶动作数字样本景况对应表数据库输出标准驾驶动作数字样本；
第十二步：样本比对。将标准驾驶动作数字样本与拟合驾驶动作数字样本进行比对；
第十三步：正确与否判断。如果拟合驾驶动作数字样本与标准驾驶动作数字样本之差在允许阈值之内，转向第十四步继续教练；否则转向第十五步重做；
第十四步：继续教练。令计算机按电子地图继续进行下一段教练；
第十五步：重做。令计算机按电子地图重新进行前一段教练；
第十六步：成绩累计。累计学员的训练成绩；
第十七步：成绩显示。将学员的训练成绩以视频信号和音频信号分别通过显示器和音箱播放给学员；
第十八步：成绩输出。将学员的训练成绩和时间输出给管理模块；
第十九步：输入继续/停止教练命令。从管理模块输入启动/继续/停止教练命令；
第二十步：比赛成绩显示。从管理模块输入并显示比赛成绩。
管理模块对学员成绩和进度管理方法的过程，由下列各步骤组成：
第一步：缴费。学员通过国际互联网上的在线银行结算系统向教练管理中心缴费；
第二步：教练费计算。管理模块根据学员的缴费和第七步提供的训练时间累计对学员的教练费使用情况进行计算；
第三步：费用完判断。如果学员的教练费已用完，转向第四步催缴费；否则转向第五步缴费有效判断和第十一步发出启动/继续命令；
第四步：催缴费。向教练模块发出停止教练命令，并向学员发出催缴费提示；
第五步：缴费有效判断。如果缴费有效，转向第十一步发出启动/继续命令：否则转向第四步催缴费；
第六步：训练成绩记录。从教练模块输入训练成绩并作记录；
第七步：训练时间累计。从教练模块输入训练时间并作累计；
第八步：训练成绩累计。根据第六步训练成绩记录进行训练成绩累计：
第九步：加时判断。如果学员的训练成绩累计符合奖励标准，转向第十步增加训练时间；否则转向第七步训练时间累计；
第十步：增加训练时间。转向第七步训练时间累计；
第十一步：发出启动/继续命令。向教练模块发出启动/继续教练程序的命令；
第十二步：产生教练报告。从第一步缴费输入缴费信息，从第八步训练成绩累计输入训练成绩累计信息，汇集为教练进程报告通过国际互联网上传给教练管理中心
第十三步：寻找比赛对手。通过国际互联网从教练管理中心下载学员信息，寻找比赛对手；
第十四步：定时比较双方成绩。从第八步训练成绩累计输入训练成绩累计信息，定时比较比赛双方成绩；
第十五步：获胜判断。如果获胜转向第十六步显示获胜信息，否则转向第十七步继续比赛；
第十六步：显示获胜信息。通过教练模块显示获胜信息；
第十七步：继续比赛。发出继续比赛命令，转向第十四步定时比较双方成绩；
第十八步：显示失败信息。通过教练模块显示失败信息。
本发明设计的半主动拟合单体式虚拟现实机动车驾驶自动教练方法，将现有的机械-电子传感技术和计算机数模转换、多媒体、虚拟现实和互连网技术用于机动车驾驶自动教练由不可能变为可能：计算机软件人员可依据本发明提出的方法进行编程，能完全逼真再现各种复杂意外情况的驾驶景况，能提供完整、严格、自动纠错的教练环境；可令学员反复拟合标准驾驶动作，无限次重复条件反射训练，快速掌握正确要领，初学者经60小时训练即可掌握全部驾驶要领，直接单独上路驾驶；社区道路若发生变化可快速全面更新教练内容；学员自学自教，不需人工陪练：由本地计算机自动在线收费计费，能实现国际互连网远程教学管理，易于大面积普及，显著提高全社会的驾驶训练效率。
附图说明：
图1是本发明设计的半主动拟合单体式虚拟现实机动车驾驶自动教练方法的总流程框图。
图2是本教练方法中采集模块对标准驾驶动作数字样本和景况采集方法的流程框图。
图3是本教练方法中的教练模块对学员驾驶动作教练方法的流程框图。
图4是本教练方法中的管理模块对学员成绩和进度管理方法的流程框图。
下面是本发明用于驾驶教练的应用实例：
标准驾驶动作数字样本和景况采集工作开始：
教练员坐上采集车驾驶座椅，右手转动采集车启动机开关，发动机发出运转声音，教练员目视前方道路景况。
教练员左脚踩采集车的离合器踏板，右脚踩采集车的油门踏板，右手握采集车变速杆，左手握采集车方向盘；按照标准驾驶动作要领依次完成挂档、松手刹、松离合器、加油门、转动方向盘等一系列动作，采集车平稳起步。
采集车沿道路匀速前进，发动机发出均匀的运转声音。教练员根据路面行驶景况和发动机转速控制油门大小，调整正确的油门踏板位置。
突然，道路前方右侧窜出一辆自行车，教练员迅速做出正确处置：向左急打方向盘，接着右脚踩刹车踏板，左脚踩离合器……
采集车上的数字摄像机依次摄录以上过程前后方的景况和声音，并记录在数字磁带上。采集车各操作部位的传感器依次将教练员的动作传输给车上计算机并记录在硬盘上。
回到教练管理中心，将采集到的标准驾驶动作数字样本和景况经过压缩编辑成为教练电子地图，然后装进驾驶模拟车的车上计算机。
驾驶教练过程开始：
学员将购买的教练币投入教练模拟车的投币口，教练模拟车的前方计算机大屏幕上出现一幅教练道路电子地图，学员从中选定一条道路。大屏幕上出现“沿此路线前进”字样。
学员坐在模拟车座椅上，右手转动教练模拟车的启动机开关，音箱里响起发动机的声音，计算机大屏幕上出现机动车沿所选道路行驶前方的景况。
学员左脚踩模拟车的离合器踏板，右脚踩模拟车的油门踏板，右手握模拟车变速杆，左手握模拟车方向盘；根据计算机大屏幕上出现的行驶景况做出挂档、松手刹、松离合器、加油门、转动方向盘等一系列动作，拟合大屏幕上的平稳起步景况。
计算机大屏幕上出现车辆沿道路匀速前进的景况，模拟车音箱响起发动机均匀的运转声音。学员根据大屏幕上的前方景况和音箱里的发动机声音控制油门大小，拟合正确的油门踏板位置。如果油门小，显示器会显示：“油门过小”字样，学员右脚稍用力，计算机大屏幕上又显示：“油门合适”字样。
突然，计算机大屏幕上显示道路前方右侧窜出一辆自行车……学员忙向左急打方向盘，接着右脚踩刹车踏板，左脚踩离合器……
计算机大屏幕上显示：“方向左转过大，刹车、离合慢5秒！”“请重练。”
计算机自动倒回自行车出现之前的景况，学员重新处理刚才的情况，直到符合标准驾驶动作要求为止。
教练比赛过程开始：
两位学员将各自购买的教练币分别投入两辆教练模拟车的投币口，两辆模拟车的前方计算机大屏幕上出现同一幅教练道路电子地图，两位学员从中选定同一条道路。两个大屏幕上同时出现“沿此路线前进”字样。
两位学员分别坐在两辆教练模拟车座椅上，各自用右手转动教练模拟车的启动机开关，音箱里响起发动机的声音，两个计算机大屏幕上同时出现机动车沿所选道路行驶前方的景况。