JP2010197593A - ドライビングシミュレータ - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、道路等の軌道上における自動車、オートバイ等の車両の運転あるいは走行を模擬するドライビングシミュレータに関し、ハードウェアの構成が変更されることなく、応答性および性能が高く維持され、柔軟かつ多様なシナリオを適用可能なドライビングシミュレータを提供することを目的とする。
【解決手段】運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、前記第二の模擬手段は、前記車両との相対距離が大きい仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路等の軌道上における自動車、オートバイ等の車両の運転あるいは走行を模擬するドライビングシミュレータに関する。

ドライビングシミュレータは、高度に進展した情報処理技術が適用されることにより実際に自動車等に乗ることなく安価かつ安全に、そして効率的に反復して所望の運転を模擬できるために、運転教習等に多く用いられつつある。

図６は、従来のドライビングシミュレータの構成例を示す図である。
図において、モーションベース６１には、例えば、自動車の運転に関するシミュレーションの過程で操作者によって操作される操作部と、モーションベース６１の揺動や音としてそのシミュレーションの結果を操作者に伝える出力部とが備えられる。なお、これらの操作部および出力部には、例えば、ハンドル、ブレーキペダル、アクセルペダル、スピーカ（何れも図示されない。）が該当する。このような操作部および出力部は、インタフェース部６２を介してコンピュータ６３Ｍの対応するポートに接続される。コンピュータ６３Ｍの特定のポートは画像生成部６４を介してプロジェクタ６４が接続される。プロジェクタ６４によって画像が投影され、かつモーションベース６１上にいる操作者がその画像を見ることができる位置には、スクリーン６６が配置される。

このような構成のドライビングシミュレータでは、コンピュータ６３Ｍの主記憶には、図７に示すように、予め設定されたシナリオに基づいて設定され、かつ参照や更新が可能な車両状態レジスタ６３Ｓが配置される。

車両状態レジスタ６３Ｓは、個々の自動車を示すユニークな車両識別番号に対応するレコードを有し、これらの何れのレコードにも、該当する自動車が走行する方向ｄとその自動車の位置Ｐとがそれぞれ格納されるフィールドが含まれる。
車両状態レジスタ６３Ｓの各レコードは、モーションベース６１上で操作が行われ、かつシミュレーションの対象である自動車（以下、「自車両」という。）と、その自車両と並行して走行し、シミュレーションの過程における交通環境を与える複数の仮想的な自動車（以下、「他車両」という。）にも個別に割り付けられる。

なお、以下では、車両識別番号については、自車両に「０」が付与され、かつ他車両に「１」以上のユニークな整数ｉ（１≦ｉ≦ｎ）が割り付けられると共に、各車両の方向ｄおよび位置Ｐについては、車両識別番号ｉが添え番号として付加された「ｄｉ」、「Ｐｉ」と表記する。

このような従来のドライビングシミュレータでは、コンピュータ６３Ｍは、既述の操作部からインタフェース部６２を介して与えられる情報と、予め与えられたシナリオとに基づいてドライビングシミュレータの中枢部としての処理を行うことにより、モーションベース６１を介して運転者の姿勢を可変し、あるいはそのモーションベースの揺動を図る。

コンピュータ６３Ｍは、このような処理の手順に基づいて自車両と他車両との方向ｄ０〜ｄｎおよび位置Ｐ０〜Ｐｎを適宜更新し、自車両の位置Ｐ０の周辺の道路および街区を示す道路情報を生成する。さらに、コンピュータ６３Ｍは、画像生成部６４にこれらの方向ｄ０〜ｄｎ、位置Ｐ０〜Ｐｎおよび道路情報を引き渡す。
画像生成部６４は、引き渡された方向ｄ０〜ｄｎ、位置Ｐ０〜Ｐｎおよび道路情報を所定の形式のポリゴン単位の画像に変換し、プロジェクタ６５を介してスクリーン６６上にこれらの画像を投影する。

このようにして投影された画像は、他車両に対する自車両の相対的な位置とその自車両の位置とを示す視覚情報として操作者に伝達される。
したがって、実際に自動車に乗ることなく運転技術の習得、あるいは自車両の振る舞いや性能の確認・評価を行うことができる。

本願発明に関連した先行技術には、以下のものがある。
「視点位置からの距離が近い順に表示物に付される順序番号を区分けする第１〜第Mの順序番号範囲が、第Kの順序番号範囲の方が第（K＋１）の順序番号範囲よりも視点位置からの距離が近い表示物に付される順序番号を含むように設定されることを前提として、第Ｋの順序番号範囲に順序番号が属する表示物の精密度を、第（Ｋ＋１）の順序番号範囲に順序番号が属する表示物の精密度よりも高くすることによって、表示物が視点付近に多く集まった場合にもリアルタイムに高品質の画像を形成できる」点に特徴がある３次元シミュレータ装置および画像合成方法…特許文献１

「形状、パーツの変化により表示物の精密度を表し、順序番号範囲或いは距離範囲が視点位置から近い表示物については、形状、パーツを変化させ、順序番号範囲或いは距離範囲が視点位置から遠い表示物については、形状、パーツを変化させないによって、表示物が視点付近に多く集まった場合にもリアルタイムに高品質の画像を形成できる」点に特徴がある３次元シミュレータ装置および画像合成方法…特許文献２

「移動体の各々が仮想的な運転者による運転操作をモデル化した運転者モデルと、各移動体の物理的な挙動をモデル化した車両運動モデルの組み合わせである移動体モデルとで表現され、移動体モデルが各々独立にコンピュータ上で表現された道路交通環境内を通行することによって、交通環境を予め分類したり、それに対応した通行ルールを事前に定義することなく移動体の挙動自由度が高い動作交通シミュレーションを実現する」点に特徴がある道路交通シミュレーション装置…特許文献３

「道路交通環境データベースおよび移動体モデルを有し、運転者の運転操作をモデル化した運転者モデルと、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルとを移動体モデルが有し、その運転者モデルが異なる長さの周期の処理を並列に実行することによって、発生しうる状況と対応規則を個別に設定せずに、より自然な移動体の挙動を模擬する」点に特徴がある自由軌道交通シミュレータ…特許文献４

特開２０００−３４８２１６号公報 特開平１１−２５８９７４号公報 特開２００４−１９９２８７号公報 特開２００５−１２４２６８８号公報

ところで、上述した従来例では、自車両および他車両の配置や移動の模擬は、全ての車両について画一的に行われていたために、画像生成部６４の処理量が十分であっても、コンピュータ６３Ｍの処理量やコストの制約に阻まれ、例えば、１００台を超える他車両の配置や移動の模擬は容易には実現できなかった。
しかし、このような模擬の対象となる他車両の台数については、実際の走行環境等の充実な模擬のためには、「１０００」ないし「１００００」であることが強く要求されつつある。

本発明は、ハードウェアの構成が変更されることなく、応答性および性能が向上し、かつ高く維持されると共に、柔軟かつ多様なシナリオの適用が可能であるドライビングシミュレータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、前記車両との相対距離が大きい仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、仮想車両の振る舞いの模擬は上記車両との相対距離が大きいほど頻繁には行われないため、第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、上記車両との相対距離が小さい仮想車両の模擬に優先的に活用される。

請求項２に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、前記仮想車両の総数が大きいほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、仮想車両の振る舞いの模擬は仮想車両の総数が大きいほど頻繁には行われないため、第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、かつ特定の仮想車両の模擬に偏って割り付けられることなく有効に活用される。

請求項３に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、前記第二の模擬手段の資源の余剰分が少ないほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、仮想車両の振る舞いの模擬は第二の模擬手段の資源の余剰分が少ないほど頻繁には行われないため、その第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、かつ特定の仮想車両の模擬に偏って割り付けられることなく有効に活用される。

請求項４に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、前記車両の速度が小さいほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、動作が第一の模擬手段によって模擬される車両の速度が小さいほど、仮想車両の振る舞いの模擬が頻繁には行われないため、その第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、かつ特定の仮想車両の模擬に偏って割り付けられることなく有効に活用される。

請求項５に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、速度が小さい仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、仮想車両の振る舞いの模擬は速度が小さい仮想車両ほど頻繁には行われないため、その第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、かつ特定の仮想車両の模擬に偏って割り付けられることなく有効に活用される。

請求項６に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、前記車両との相対速度が速い仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、仮想車両の振る舞いの模擬は車両との相対速度が速い仮想車両ほど頻繁には行われないため、その第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、かつ特定の仮想車両の模擬に偏って割り付けられることなく有効に活用される。

請求項７に記載の発明では、第一の模擬手段は、運転に応じた車両の動作を模擬する。第二の模擬手段は、前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する。さらに、前記第二の模擬手段は、移動している方向が前記車両が移動する方向と異なる仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する。
すなわち、仮想車両の振る舞いの模擬は車両が移動する方向と異なる方向に移動する仮想車両ほど頻繁には行われないため、その第二の模擬手段の処理量は、見かけ上の性能が著しく劣化することなく、かつ特定の仮想車両の模擬に偏って割り付けられることなく有効に活用される。

本発明によれば、ハードウェアの構成が変更されることなく、従来例より多くの仮想車両を組み込むことが可能となる。
また、本発明では、多数の仮想車両が組み込まれた場合であっても、ハードウェアの構成が変更されることなく性能が安定に高く維持される。

したがって、本発明によれば、多様かつ柔軟なシナリオの下で、従来例に比べて大きな交通量の下における運転教習ならびに車両性能の確認および評価が安価に実現される。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態の動作フローチャートである。 本実施形態の動作を説明する図である。 相対距離レジスタの構成を示す図である。 他車両クラステーブルの構成を示す図である。 従来のドライビングシミュレータの構成例を示す図である。 車両状態レジスタの構成を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図１に示すハードウエアの構成は、図６に示すコンピュータ６３Ｍに代えてコンピュータ１１Ｍが備えられた点で、従来例と異なる。

コンピュータ１１Ｍの主記憶には、図７に示す車両状態レジスタ６３Ｓに併せて、図２に示す相対距離レジスタ１１ｄと、図３に示す他車両クラステーブル１１ｃとが配置される。
相対距離レジスタ１１ｄは、既述の車両識別情報ｉの車両（自車両および他車両）に個別に対応し、該当する車両の自車両に対する相対距離（以下、「ｒｉ」と表記する。）が格納されるレコードの集合として構成される。

本実施形態の特徴は、コンピュータ１１Ｍによって行われる処理の手順および演算対象にあり、このコンピュータ１１Ｍは、処理量等の資源に不足がない場合には、図６に示すコンピュータ６３Ｍによる代替が可能である。

図２は、本実施形態の動作フローチャートである。
図３は、本実施形態の動作を説明する図である。
以下、図１〜図５および図７を参照して本発明の第一の実施形態の動作を説明する。

本実施形態の特徴は、コンピュータ１１Ｍによって行われる以下の処理の手順にある。
(1) 既述のシナリオに基づいて自車両の位置Ｐ０を更新する（図２ステップＳ1）。
(2) 他車両の位置Ｐ１〜Ｐｎについては、自車両との相対距離に基づいて定まる３つのクラスＨ（自車両との相対距離が１０メートル未満である。）、Ｍ（自車両との相対距離が１０メートル以上１００メール未満である。）、Ｌ（自車両との相対距離が１００メートル以上である。）の順に長く設定された周期（(1/60)秒、(1/30)秒、(1/10)秒）で起動される周期タスクＨ、Ｍ、Ｌが更新する。なお、以下では、上記３つのクラスＨ、Ｍ、Ｌの全てに該当する事項については「クラスＣ」と表記し、その「クラスＣ」に対応する周期タスクについては「周期タスクＣ」と表記する。
(3) 周期タスクＣは、以下の処理を行う。
(3-1) 他車両クラステーブル１１ｃを参照することにより、該当するクラスの他車両の全ての識別情報を取得する（図２ステップ１１）。
(3-2) これらの識別情報で示される他車両の全ての位置をシナリオに基づいて更新する（図３ステップＳ１２）。
(3-3) 更新された他車両の位置を車両状態レジスタ６３Ｓに格納する（図３ステップＳ１３）。
(3-4) さらに、この時点における自車両の位置に対する個々の他車両の位置の相対距離を求め、相対距離レジスタ１１ｄに格納する（図３ステップＳ１４）。
(3-5) これらの相対距離を既述の３つのクラスＨ、Ｍ、Ｌに分類し（図３ステップＳ１５）、その分類の結果に整合するように他車両クラステーブル１１ｃの各クラスに対応する識別情報を更新する（図３ステップＳ１６）。

(4) 自車両と、その自車両と共にスクリーン６６に投影されるべき地図を構成する街区等のポリゴンデータの個数およびサイズと、その時点における他車両（あるいは、上記地図上に自車両と共に表示されるべき他車両）の数ｎとを求める（図２ステップＳ２）。

(5) 求められたポリゴンデータの個数およびサイズと、他車両の数ｎとに対応可能な資源が画像生成部６４にあり、その画像生成部６４の応答性の低下（予想される過負荷状態の程度であってもよい。）が許容可能な限度内に抑えられるか否かの判断する（図２ステップＳ３）。

(6) 画像生成部６４の応答性の低下が許容可能な限度内に抑えられる場合には、以下の処理(7)〜(8)を省略し、従来と同様の処理を行う（図２ステップＳ４）。

(7) 画像生成部６４の応答性の低下が許容可能な限度を超えると判断される場合には、その応答性の低下を許容可能な限度内に抑えつつ「自車両と共に表示可能な他車両」の数の最大値Ｍａｘを特定し（図２ステップＳ５）、かつ相対距離レジスタ１１ｄに保持されている相対距離の昇順にＭａｘ台の他車両を選択する（図２ステップＳ６）。

(8) さらに、自車両の位置Ｐ０の周辺の道路および街区を示す道路情報を従来例と同様に生成し（図２ステップＳ７）、その位置Ｐ０および自車両の方向ｄ０に併せて、上記のＭａｘ台の他車両の方向および位置、並びに道路情報を画像生成部６４に引き渡す（図２ステップＳ８）。

画像生成部６４は、このようにして引き渡された方向、位置および道路情報を所定の形式のポリゴン単位の画像に変換し、プロジェクタ６５を介してスクリーン６６上にこれらの画像を投影する。

すなわち、自車両（図３上では「■」印で示される。）と共にスクリーン６６上に描画される他車両（図３上では「□」印および「×」印で示される。）の位置の更新は、自車両との相対距離が大きいほど少ない頻度で更新される。
このように本実施形態によれば、コンピュータ１１Ｍの処理量は自車両に近い他車両（図３上では「□」印で示される。）の位置の更新のために優先的に割り付けられるので、その処理量の範囲で模擬可能な他車両の最大の台数Ｍａｘを大幅に増やすことが可能となる。

したがって、ハードウエアの構成が基本的に変更されることなく、従来例より大幅に多くの他車両が組み込まれたドライブシミュレーションの実現が可能となり、かつ応答性や性能が向上すると共に、かつ多様なシナリオの適用が可能となる。
なお、本実施形態では、自車両との相対距離が大きい他車両ほど、位置の更新処理（周期タスク）が起動される周期（頻度）が長く設定されている。しかし、このような周期（頻度）は、例えば、以下に列記する基準(1)〜(7)の如何なる組み合わせに基づいて設定されてもよい。

(1) 自車両との相対距離が大きいほど長く設定する。
(2) 他車両の台数の絶対値が大きいほど長く設定する。
(3) コンピュータ１１Ｍの余剰の処理量その他の資源が少ないほど長く設定する。
(4) 自車両の速度が小さいほど長く設定する。

(5) 速度が遅い他車両ほど長く設定する。
(6) 自車両に対する相対速度が遅いほど長く設定する。
(7) 自車両の移動方向と共通の成分を多く含む方向に走行する他車両ほど短く設定する。

本実施形態では、他車両が既述の３つのクラスＨ、Ｍ、Ｌに分類されているが、このようなクラスの数と、個々のクラスの分類の基準とは、本発明が適用されたドライビングシミュレータの性能その他の仕様を満たすならば、如何なるものに設定されてもよく、ドライビングの模擬の形態、あるいはその模擬の結果に基づいて識別可能な状況に応じて適宜変更されてもよい。

本実施形態では、既述の周期タスクＣが起動される周期がクラスＨ、Ｍ、Ｌ毎にそれぞれ（１／６０）秒、（１／３０）秒、（１／１０）秒に設定されている。しかし、これらの周期は、本発明が適用されたドライビングシミュレータの性能その他の仕様を満たすならば、どのように設定されてもよい。

本実施形態では、自車両と他車量との位置は、予め設定されたシナリオに基づいてプロセッサ１１Ｍによって決定され、かつ更新されているが、例えば、操作者が操作するマウス等のポインティングデバイス、あるいは所定の端末によって設定されてもよい。
本発明は、自動車用のドライビングシミュレータに限定されず、例えば、オートバイの運転を模擬する「ライディングシミュレータ」のように、他車両と共に同じ道路上を移動し、かつ相互に追い抜きや接近が行われ得る多様な車両の運転の模擬に適用可能である。

本発明では、スクリーン６６に表示される画像は、自車両と他車両との相対位置および道路状況に限定されず、例えば、運転の模擬の過程で提供されるべき多様な情報が併せて表示されてもよく、かつ３次元画像として表示されてもよい。
本発明では、操作者に伝達される情報は、モーションベースの揺動や音として操作者へ伝達されなくてもよく、例えば、運転の模擬に応じた自車両と他車両との相対距離や相対位置のみであってもよい。

本発明では、スクリーン６６上における自車両の位置は、必ずしも中央部である必要はなく、自車両の運転の模擬に適するならば、どのような位置であってもよい。
本発明は、自車両が停止している状態にも適用可能である。

本実施形態では、図２ステップＳ５〜Ｓ８に示す既述の処理は、画像生成部６４の処理量や資源が十分に確保されている場合には、行われなくてもよい。
本実施形態では、周期タスクＨ、Ｍ、Ｌは、それぞれプロセスとして構成されてもよく、またタスク管理やプロセス管理を行うオペレーティングシステムが組み込まれていない場合には、所定の周期で起動される割り込み処理として実現されてもよい。

本発明では、既述の第一および第二の実施形態においてコンピュータ１１Ｍと画像生成部６４が連係して行う既述の処理は、如何なる形態による機能分散や負荷分散が図られてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲で如何なる態様の実施形態としても実現が可能であり、構成要素の一部または全てに如何なる改良が施されてよい。

１１ｃ 他車両クラステーブル
１１ｄ 相対距離レジスタ
１１Ｍ，６３Ｍ コンピュータ
６１ モーションベース
６２ インタフェース部
６３Ｓ 車両状態レジスタ
６４ 画像生成部
６５ プロジェクタ
６６ スクリーン

Claims (7)

1. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   前記車両との相対距離が大きい仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
2. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   前記仮想車両の総数が大きいほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
3. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   前記模擬手段の資源の余剰分が少ないほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
4. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   前記車両の速度が小さいほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
5. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   速度が小さい仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
6. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   前記車両との相対速度が速い仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。
7. 運転に応じた車両の動作を模擬する第一の模擬手段と、
   前記車両の周りに位置する複数の仮想車両の振る舞いを模擬する第二の模擬手段とを備え、
   前記第二の模擬手段は、
   移動している方向が前記車両が移動する方向と異なる仮想車両ほど低い頻度で前記振る舞いを模擬する
   ことを特徴とするドライビングシミュレータ。