Wykaz Projektów
Streszczenie

Platforma do symulatorów pojazdów lądowych wykorzystujących techniki rzeczywistości wirtualnej zwiększająca poziom realizmu sterowania pojazdem

Kierownik projektu: mgr inż. Jarosław Jankowski

Streszczenie projektu:

 

Podstawowym celem zadania było zaprojektowanie, zbudowanie, oprogramowanie oraz przetestowanie funkcjonalnego modelu platformy ruchomej, która będzie umożliwiała symulowanie wrażeń związanych z działaniem sił bezwładności (związanych z ruchem i przyspieszeniem) oraz przechyleń kokpitu pojazdu (związanych np. z podjazdem na nasyp). Platforma tego typu jest jednym z głównych elementów symulatorów pojazdów lądowych.

W ramach 1. etapu opracowano i wykonano:

-      założenia dotyczące budowanej platformy o sześciu stopniach swobody

-      schemat kinematyczny platformy oraz dobór napędów

-      rysunki techniczne elementów konstrukcyjnych platformy

-      obróbkę mechaniczną zaprojektowanych elementów

-      założenia dotyczące sposobu testowania budowanej platformy: koncepcję badań, hipotezy badawcze, narzędzia badawcze

-      założenia dotyczące laboratoryjnej wersji symulatora samochodu dostawczego.

W ramach 2. etapu zrealizowano następujące prace:

-      opracowano testowe oprogramowanie sterujące pracą poszczególnych falowników zastosowanych serwomotorów w funkcjonalnym modelu platformy ruchomej

-      wykonano dokumentację 3D wybranego samochodu typu van w postaci skanu 3D w celu wykonania modelu 3D symulowanego samochodu

-      rozbudowano kokpit samochodu ciężarowego typu Van (samochód ciężarowy o dmc. < 3,5 tony) umieszczony na efektorze ruchomej platformy

-      opisano realizację modelu samochodu w silnikach fizyki Bullet oraz Nvidia PhysX

-      wykonano model miasta z siecią różnych dróg, znaków, skrzyżowań, uformowaniem terenu, wypełnieniem typu: bloki, drzewa, domy – środowisko wirtualne laboratoryjnego symulatora samochodu dostawczego

-      wykonano układ pomiarowy przyspieszeń i zmiany kątów nadwozia samochodu w celu ustalenia parametrów wybranego modelu fizycznego samochodu.

W ramach 3. etapu zrealizowano następujące prace:

-      opracowano sterownik wraz z oprogramowaniem sterującym pracą poszczególnych falowników zastosowanych serwomotorów w funkcjonalnym modelu platformy ruchomej  w oprogramowaniu Unity 3D

-      wykonano model 3D symulowanego samochodu

-      oprzyrządowano i wykonano sterownik kokpitu samochodu ciężarowego typu Van (samochód ciężarowy o dmc. < 3,5 tony) umieszczonego na efektorze ruchomej platformy

-      opracowano i przetestowano aplikację laboratoryjnego symulatora w środowisku UNITY 3D z dwuwariantową metodą wyświetlania obrazu: 3 ekrany/okulary projekcyjne 3D oraz dwuwariantowym sposobem działania platformy: statyczna/ruchoma. Ruch odwzorowuje orientację modelu fizycznego bryły samochodu w zakresie ±5° przy aktywnych dwóch stopniach swobody platformy (przechylenie oraz pochylenie)

-      opracowano wniosek do komisji bioetyki w celu otrzymania opinii nt. przeprowadzonych badań

-      przeprowadzono badania z udziałem 30 osób

-      dokonano analizy wyników.

 

Zadanie 4.Z.06. Laboratoryjny symulator samochodu dostawczego zamontowany do efektora opracowanej ruchomej platformy o 6 stopniach swobody, pracujący w trybie wyświetlania obrazu wykorzystującym okulary projekcyjne 3D rzeczywistości wirtualnej; 1 – trzy ekrany projekcyjnej metody wyświetlania obrazu , 2 – kokpit samochodu symulatora, 3 – opracowany model funkcjonalny ruchomej platformy, 4 – okulary projekcyjne 3D, 5 – podgląd obrazu widzianego przez użytkownika laboratoryjnego symulatora podczas stosowania okularów projekcyjnych 3D, 6 – zasilacze awaryjne

 

W badaniu wzięły udział osoby w wieku 20–27 lat ze stażem posiadania prawa jazdy kat. B od 2 do 7 lat; średni czas posiadania prawa jazdy to około 4 lata. Średni czas kierowania samochodem przez uczestników to około 10 godzin (mediana 8,5 h) w ciągu tygodnia. Analiza kwestionariusza obecności przestrzennej wskazała konfigurację symulatora z ruchomą platformą oraz konfigurację wykorzystującą techniki rzeczywistości wirtualnej jako te, które podnoszą poziom obecności przestrzennej, tj. świadomości uczestniczenia, poruszania się i interakcji w symulowanym środowisku. Wyniki kwestionariusza do badania choroby symulatorowej ujawniły zwiększenie poziomu objawów tej choroby (bezpośrednio po symulacji) dla konfiguracji symulatora wyposażonego w okulary. Nie stwierdzono natomiast istotnego statystycznie wpływu ruchliwości platformy na stopień objawów tej choroby, co mogło być spowodowane ruchliwością platformy o dwóch stopniach swobody i braku wzmocnionej symulacji sił bezwładności przy manewrach zwalniania i przyspieszania. Poziom zarejestrowanych objawów dla wszystkich symptomów po symulacji na testowanym stanowisku ogólnie był na niskim poziomie „niewielkiej” dotkliwości. Z analizy wyników kwestionariusza „Inwentarz Stanu i Cechy Lęku” skali X1, tj. stanu lęku można wywnioskować, iż podwyższony stan lęku stwierdzono przy pierwszym kontakcie badanych ze stanowiskiem w konfiguracji projekcji obrazu na trzy ekrany. Na poziom lęku mógł wpłynąć fakt ciągłego podglądu sytuacji – usytuowania uczestnika na pewnej wysokości. Wyniki ankiety zmęczenia psychicznego wskazują na konfigurację wykorzystującą okulary projekcyjne 3D jako tą, która przesuwa poziom zmęczenia w kierunku negatywnym, powodując stan bliższy uśpienia wyczerpania, zmęczenia i ogólnego spięcia. Średnie stanów po symulacji zarejestrowano poniżej wartości 4,5 z 10 (bliżej stanu neutralnego). Analiza statystyczna próby utrzymania stabilnej pozycji uczestnika przed i po badaniu (przy otwartych i zamkniętych oczach) nie wskazała istotnie statystycznych różnic ze względu na stosowanie różnych wariantów konfiguracji symulatora. Również analiza statystyczna uśrednionych pozycji osi wzdłużnej wirtualnego samochodu, liczona względem środka pasa jezdni, nie wykazała wpływu konfiguracji symulatora na ocenę wizualną środka pasa. Uczestnicy badań w ankiecie oceny poziomu realizmu symulacji dokonali oceny symulatorów, wystawiając ocenę około neutralnej, wskazując na problemy związane z czytelnością znaków podczas stosowania okularów projekcyjnych 3D, problemy z realizmem hamowania oraz niskim poziomem odczuwania prędkości podczas stosowania ekranowej metody wyświetlania obrazu. Stosowanie okularów przyczyniło się do lepszej oceny dotyczącej postrzegania wirtualnego samochodu jako znacznie bardziej realistycznego. 75% osób wytypowało symulator z platforma ruchomą jako symulator najlepiej oddający realne odczucia związane z kierowaniem pojazdu i najwięcej tych odczuć.

Wyniki zadania upowszechniono w 4 artykułach (w tym 1 przygotowany do publikacji)
i zaprezentowano na 2 konferencjach międzynarodowych.



Jednostka: Pracownia Technik Rzeczywistości Wirtualnej

Okres realizacji: 01.01.2014 – 31.12.2016