1．目的及意义

（1）目的和意义

近几年来，随着我国社会经济快速发展，交通建设事业也蒸蒸日上，越来越多的车辆使得道路交通安全问题频发，给社会人民和财产带来较大的安全隐患。通常驾驶人在实际行车过程中会受到人、车、路、环境等因素共同影响。而道路安全事故中会将驾驶人当作是引发安全事故的关键因素，驾驶人心理状态不稳定做出的驾驶行为决策引发交通事故。交通领域和计算机技术相结合，利用计算机技术制作逼真化的模型模拟各种复杂的道路交通场景以深入研究人类驾驶员的驾驶行为和特性，找出影响驾驶决策的因素，对提高道路交通安全和推动智能汽车向高度自动驾驶发展具有重要意义。基于虚拟现实技术的道路交通场景建模，可以构造逼真的仿真模型，模拟出各种道路环境、天气状况，达到近乎真实的仿真效果，可实现视觉、听觉、触觉等感官的良好体验，并实时获取汽车工作状况和驾驶员因素，分析汽车的技术性能指标，已成为驾驶模拟仿真的重要手段。

与此同时，拥有即时渲染技术的虚幻 4 引擎在虚拟现实的应用也越来越广泛。虚幻4 是国内外公认的目前最先进也是最强大的商业引擎，用虚幻 4 制作出的游戏和视频，以其强大的光影渲染、深度展现的材质和基于现实的刚体碰撞给观众和玩家带来强大的视觉冲击。用虚幻4制作出复杂危险的道路交通场景来模拟实际驾驶情况，提高实验驾驶员的视觉体验，令其有身临其境的感觉，同时结合交叉口车辆跟驰换道模型，使实验所得数据愈贴近实际情况对道路交通安全的改善研究愈有利。这不仅可以减少人力物力财力的损失，还有助于有关部门制定出合理的交通安全工作计划和行之有效的安全对策，减低交通事故率，保障交通安全。

每年全球由于道路交通安全事故损失高达数千亿元，道路交通事故不仅严重影响了国民生产总值，而且制约了城市的可持续发展。因此，利用虚幻4进行逼真化建模以提高道路交通安全是一个零风险、低投入、高效率的解决办法。

（2）研究现状分析

通过对文献的梳理整合发现，目前道路交通场景仿真建模基本上是基于MultiGen Creator系列软件和SUMO仿真平台、OpenSceneGraph三维平台等，并用OpenGL作为辅助，建立不同环境下的道路或建筑模型。比如夏萍^[1]运用MultiGen Creator对城市道路交通场景进行仿真建模。王贤隆^[2]基于SUMO仿真平台和OpenSceneGraph三维平台引擎构建了三维交通场景。罗元^[3]研究了虚拟现实三维建模方法，通过OpenGL实现了不同格式的三维模型的转换，以便于模型在虚拟环境中的实时渲染，然后使用层次细节模型技术和粒子系统技术作为辅助，建立了不同环境下的城市道路和建筑模型。各个平台的难易程度、可实施性不尽一致，但都存在着画面粗糙，视觉体验不佳，体验者代入性不强等缺点。

虚幻 4 引擎，是一款由 Epic Games 公司开发的游戏引擎，可以说是国内外公认的目前最先进也是最强大的商业引擎。用虚幻 4 制作出的游戏和视频，以其强大的光影渲染、深度展现的材质和基于现实的刚体碰撞给观众和玩家带来强大的视觉冲击。值得一提的是UE4的蓝图开发，蓝图系统是一个功能全面的可视化脚本模块，为建模人员提供了丰富的编辑工具。建模人员可以通过在蓝图中将节点、时间、函数等工具建立连接，以可视化的形式创建各种复杂的互动性功能。可以省略大量的编程开发工作，降低了虚幻4入门门槛，极大的提升工作效率。

目前还未有研究人员应用虚幻4引擎进行道路交通场景建模，主要还是进行一些自然场景，建筑可视化设计、校园漫游系统等制作。符清芳、张茹^[4]简单介绍了虚幻引擎4中创建地形、模型导入、模型来源等基本方法，根据这些方法可以制作出一个简单的自然场景。屈宇轩、王俊洁^[5]运用虚幻4引擎特有的蓝图功能，无需编写代码的高要求专业知识，还原了现实校园场景，实现校园管理的效率化和科学化。姜寿晖^[6]以虚幻引擎4为工具，对虚拟现实建筑模型进行加工处理，包括模型制作和VR处理，并用VR设备进行输出，实现交互式三维动态视景的光学体验。张俊、李骁、方强、张勇^[7]提出了利用虚拟现实技术制作出可以真实模拟市民体验的城市规划虚拟现实场景。并通过使用 HTC VIVE 浸入式虚拟现实硬件设备和虚幻 4 三维引擎，制作出具有强烈浸入式真实体验的虚拟现实展示平台。李临栋^[8]对虚幻引擎 4 在环境艺术设计可视化中的应用进行深入的研究和概括。陈骅^[9]借助虚幻4引擎实现了茶胶寺建筑组群的场景仿真和建造过程模拟，并完成了初步的仿真系统设计。荀平、彭亮、王伟健、赵日旭^[10]以 Unreal Engine 4 为软件平台，探讨虚拟现实技术在建筑可视化中的应用优势，并阐述从绘制建筑图纸、建立三维模型、UE4完善模型布置到最终打包输出的具体流程和方法。魏允晗、韩印^[11]提出了一种新的与跟驰结合的换道概率实时判断模型。丁建勋、郑杨边牧、张梦婷、龙建成^[12]构建了一个改进的双车道车辆跟驰换道模型,以刻画交叉口前路段上的车辆跟驰换道机制及车流宏观特征。^[13-15]

不同于其他三维软件的单一视角渲染模式，虚幻4引擎具有强大的建模和实时渲染功能，可以创建高拟真度模型，逼真地模拟出各种复杂的道路驾驶环境，满足体验者的沉浸性、交互性需求，对于道路交通安全研究具有重要意义。

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2. 研究的基本内容与方案

{title}（1）基本内容

本文旨在利用虚幻4引擎建立一定长度路段的交通场景模型，并以第一、第三人称视角模拟驾驶状况，分析典型道路交通环境下车辆跟驰变道模型和事故状况及成因。