Bài báo giới thiệu cho người đọc về ứng dụng thiết bị mô phỏng bên cạnh đó có đào tạo lái xe trong và ngoài nước, qua đó tiến tới thiết kế và chế tạo thiết bị mô phỏng đào tạo lái xe 3D phục vụ quá trình đào tạo lái xe với giá thành hợp lý phù hớp với tình hình giao thông và kinh tế tại Việt Nam. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trang 11408
KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐÀO TẠO LÁI XE VÀ KHẢ
NĂNG ỨNG DỤNG MÔ HÌNH LÁI 3D TẠI VIỆT NAM
Nguyễn Phụ Thượng Lưu1,*, Dương Thành Tín2,**
1 Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô, Trường Đại học Công nghệ TP.HCM
2Trường Cao đ ng Giao thông vận tải TP.HCM
Email: *npt.luu@hutech.edu.vn, **duongngocnhi2012@gmail.com
TÓM TẮT
Trong thời gian qua nhiều vụ tai nạn giao thông xảy ra đều ít nhiều liên quan trực tiếp đến chất lượng đào tạo, thể hiện qua sự yếu kém của lái xe khi xử lý, nhận diện tình huống, qua thái độ coi thường tính mạng của hành khách và người tham gia giao thông Quá trình đào tạo lái xe ở các cơ sở đang có hiện tượng cạnh tranh gay gắt, đua nhau giảm giá, gây ―loạn‖ về phí đào tạo, cắt xén chương trình…vì thế Nghị định 138/2018/NĐ-CP đã ra đời để đảm bảo thực hiện tốt công tác đào tạo lái xe tại các trung tâm, trong Nghị định này có quy định bắt buộc các trung tâm đào tạo lái xe phải trang bị thêm thiết bị mô phỏng đào tạo lái
xe 3D nhằm nâng cao hiệu quả ôn tập và rèn luyện kỹ năng lái xe của học viên, tuy nhiên giá thành cho mỗi thiết bị mô phỏng lái xe có giá thành cao Bài báo giới thiệu cho người đọc về ứng dụng thiết bị mô phỏng bên cạnh đó có đào tạo lái xe trong và ngoài nước, qua đó tiến tới thiết kế và chế tạo thiết bị mô phỏng đào tạo lái xe 3D phục vụ quá trình đào tạo lái xe với giá thành hợp lý phù hớp với tình hình giao thông và kinh tế tại Việt nam
Từ khóa: Driving simulation, Driver education, Driving School Participation, mô hình tập lái xe
1 GIỚI THIỆU
Mô phỏng là một hoạt động giả lập một quá trình hoặc hệ thống; hành động mô phỏng trước tiên đòi hỏi một mô hình được phát triển Mô hình này là một mô tả được xác định rõ về chủ đề mô phỏng và thể hiện các đặc điểm chính của nó, ch ng hạn như hành vi, chức năng và các thuộc tính trừu tượng hoặc vật lý của
nó (mô phỏng các hoạt động trong quá trình lái xe) Mô hình đại diện cho chính hệ thống, trong khi mô phỏng đại diện cho hoạt động của nó theo thời gian
Mô phỏng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, ch ng hạn như mô phỏng công nghệ để tối ưu hóa hiệu suất, trong đào tạo, giáo dục và trò chơi video…Thông thường, các thí nghiệm máy tính được sử dụng để nghiên cứu các mô hình mô phỏng
2 THÀNH PHẦN CẤU THÀNH MỘT HỆ THỐNG MÔ PHỎNG
Mô phỏng ảo đại diện cho một thể loại mô phỏng cụ thể sử dụng thiết bị mô phỏng để tạo ra một thế giới
ảo cho người dùng Mô phỏng ảo cho phép người dùng tương tác với một thế giới ảo Thế giới ảo hoạt động trên nền tảng của các thành phần phần cứng và phần cứng tích hợp Theo cách này, hệ thống có thể chấp nhận đầu vào từ người dùng (ví dụ: theo d i cơ thể, nhận dạng giọng nói / âm thanh, bộ điều khiển vật lý) và tạo đầu ra cho người dùng (ví dụ: hiển thị hình ảnh, hiển thị âm thanh…)
Trang 21409
Hình 1 Thiết bị mô phỏng tập lái CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M
2.1 Phần cứng đầu vào mô phỏng
Có rất nhiều phần cứng đầu vào có sẵn để chấp nhận đầu vào của người dùng cho các mô phỏng ảo như: Theo d i cơ thể: Phương pháp chụp chuyển động thường được sử dụng để ghi lại chuyển động của người dùng và dịch dữ liệu đã chụp thành đầu vào cho mô phỏng ảo Ví dụ: nếu người dùng quay đầu vật lý, chuyển động sẽ được phần cứng mô phỏng ghi lại theo một cách nào đó và được dịch sang chế độ xem tương ứng trong chế độ xem trong mô phỏng
Máy theo dõi mắt cũng có thể được sử dụng để phát hiện chuyển động của mắt để hệ thống có thể xác định chính xác nơi người dùng đang nhìn vào bất kỳ thời điểm nào
Bộ điều khiển vật lý: Bộ điều khiển vật lý chỉ cung cấp đầu vào cho mô phỏng thông qua thao tác trực tiếp của người dùng Trong các mô phỏng ảo, phản hồi xúc giác từ các bộ điều khiển vật lý rất được mong muốn trong một số môi trường mô phỏng
Thiết bị có độ trung thực cao như các bộ phận điều khiển (chân ly hợp, chân ga, chân thắng, cần số, gạt nước…) trong buồng lái xe hơi ảo cung cấp cho người dùng các điều khiển thực tế để nâng cao hoạt động của người học lái xe Ví dụ: tài xế có thể sử dụng các bộ phận trên mô hình để điều khiển xe qua các địa hình khác nhau (trong đô thị, khi gặp địa hình xấu…) hay khi gập thời tiết xấu (trời mưa, sương mù…) giúp người học thực hành các quy trình với thiết bị thực tế trong bối cảnh hệ thống buồng lái tích hợp Nhận dạng giọng nói/ âm thanh: Hình thức tương tác này có thể được sử dụng để tương tác với các tác nhân trong mô phỏng (ví dụ: người ảo) hoặc để thao tác với các đối tượng trong mô phỏng (ví dụ: thông tin)
2.2 Phần cứng đầu ra mô phỏng ảo
Có rất nhiều phần cứng đầu ra có sẵn để cung cấp một kích thích cho người dùng trong các mô phỏng ảo:
Hiển thị trực quan : Màn hình trực quan cung cấp các kích thích thị giác cho người dùng
Màn hình tĩnh có thể thay đổi từ màn hình máy tính để bàn thông thường sang màn hình 360 độ bao quanh màn hình sang màn hình ba chiều âm thanh nổi Màn hình máy tính để bàn thông thường có thể thay đổi kích thước từ 15 đến 60 inch Bao quanh màn hình thường được sử dụng trong môi trường ảo tự động hang động (CAVE) Màn hình ba chiều âm thanh nổi tạo ra hình ảnh ba chiều có hoặc không có kính đặc biệt, tùy thuộc vào thiết kế
Trang 31410
Hình 2: Màn hình với góc nhìn 180 độ
Phạm vi nhìn rộng hơn cho phép nhận thức tốc độ chính xác hơn (Andersen, 1986)[1] và theo Stoner, Fisher và Mollenhauer Jr.(2011) góc nhìn 180 độ (hình 2) trong trình mô phỏng lái xe là lý tưởng cho việc dạy an toàn tại các giao lộ, nơi các tài xế phải quét trái và phải để tìm kiếm các mối nguy tiềm n và kiểm tra lưu lượng Quét đúng cách yêu cầu người lái quay đầu 90 độ sang trái và 90 độ hoàn toàn sang phải
Do đó, hệ thống hình ảnh mô phỏng lái xe mô phỏng lái xe cần hiển thị FOV 180 độ chính xác về mặt hình học để giảm thiểu chuyển giao tiêu cực, tức là sự phát triển không chủ ý của thói quen nhìn không chính xác và phản xạ tâm lý có thể làm tăng nguy cơ mắc những sai lầm nguy hiểm khi tham gia giao thông Một buồng lái xe hơi thực sự được gắn trên một nền tảng chuyển động / rung với ba bậc tự do, tức
là cao độ, cuộn và dồn dập, và một hệ thống âm thanh làm tăng thêm tính chân thực của trải nghiệm lái xe Cấu hình mô phỏng lái xe này có thể mô phỏng trực quan phản hồi thính giác và xúc giác về tốc độ lái xe tương tự như những gì người lái xe mới nhận được trên đường từ việc quan sát chuyển động của tất cả các yếu tố bề mặt trong môi trường lái xe và từ tiếng ồn và độ rung của xe
Màn hình gắn trên đầu (HMD) (hình 3) có màn hình nhỏ được gắn trên mũ đội đầu của người dùng Các
hệ thống này được kết nối trực tiếp vào mô phỏng ảo để cung cấp cho người dùng trải nghiệm tuyệt vời hơn Trọng số, t lệ cập nhật và trường nhìn là một số biến số chính giúp phân biệt các HMD Đương nhiên, các HMD nặng hơn là không mong muốn vì chúng gây ra mệt mỏi theo thời gian Nếu tốc độ cập nhật quá chậm, hệ thống không thể cập nhật màn hình đủ nhanh để tương ứng với người dùng quay đầu nhanh Tốc độ cập nhật chậm hơn có xu hướng gây ra bệnh mô phỏng và phá vỡ cảm giác ngâm Trường nhìn hoặc phạm vi góc của thế giới được nhìn thấy tại một trường quan sát nhất định có thể khác nhau tùy theo hệ thống và đã được tìm thấy ảnh hưởng đến cảm giác của người dùng
Hiển thị âm thanh: Một số loại hệ thống âm thanh khác nhau tồn tại để giúp người dùng nghe và bản địa hóa âm thanh theo không gian Phần mềm đặc biệt có thể được sử dụng để tạo hiệu ứng âm thanh 3D Âm thanh 3D để tạo ảo giác rằng các nguồn âm thanh được đặt trong một không gian ba chiều xác định xung quanh người dùng
Hệ thống loa thông thường cố định có thể được sử dụng để cung cấp âm thanh vòm kép hoặc đa kênh Tuy nhiên, loa ngoài không hiệu quả như tai nghe trong việc tạo hiệu ứng âm thanh 3D
3 LỢI ÍCH CỦA HOẠT ĐỘNG MÔ PHỎNG
Fish, Pollatsek,và Pradhan (2006)[2] phát hiện ra rằng những người mới tập lái xe được đào tạo trong trình quá trình giả lập để quét thông tin sẽ làm giảm khả năng gặp sự cố trong khi lái một chiếc xe thật hơn những người không được đào tạo dựa trên giả lập
Goode, Salmon và Lenné (2013)[3] đã tiến hành đánh giá tài liệu về đào tạo dựa trên giả lập và báo cáo rằng một số nghiên cứu cho thấy trong một đánh giá mô phỏng lái xe, người tham gia đào tạo giả lập có
Trang 41411
nhiều khả năng nhận thức và ứng phó phù hợp với các mối nguy hiểm được đánh giá bởi người hướng dẫn lái xe và các biện pháp khách quan về hiệu suất lái xe, bao gồm cả các kiểu phanh, lựa chọn tốc độ và các biện pháp chuyển động mắt Hơn thế nữa những lợi ích này được khái quát hóa cho các kịch bản không gặp phải trong quá trình đào tạo
Pierro Hirsch và Francois_Bellavance (2017)[4] đã chứng minh rằng về tổng thể, trong giới hạn của mỗi thiết kế nghiên cứu, đào tạo dựa trên mô phỏng lái xe dường như có nhiều tác động tích cực đến việc tiếp thu kỹ năng và an toàn lái xe và có rất ít các tác động tiêu cực Một số đánh giá dựa trên việc thực hiện bằng thiết bị giả lập CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M
Hình 3: Màn hình gắn đầu
4 PHƯƠNG THỨC ĐÀO TẠO LÁI XE TẠI NƯỚC PHÁP[5]
Trình mô phỏng được sử dụng cho thí nghiệm này là một trình giả lập lái xe thương mại được sử dụng trong các trường học lái xe ở Pháp như một công cụ giáo khoa.Trình mô phỏng, như trong hình được cấu thành từ ba màn hình bao phủ 150 ° x 31 ° của trường nhìn của người dùng
Hình 4: Bộ mô phỏng 3D giả lập lái trên đường
Các phương tiện khác cư trú trong môi trường ảo được điều khiển bởi trí thông minh nhân tạo giúp di chuyển những chiếc xe theo một kịch bản được xác định trước Là một công cụ giáo dục, trong các tình huống thông thường, những chiếc xe ảo tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc của mã lái xe, áp dụng kịch bản phòng ngừa tai nạn, có mục đích dạy cách dự đoán các tình huống nguy hiểm Trong kịch bản trong thực
tế, những chiếc xe và người đi bộ vi phạm r ràng mã lái xe để gây ra bảy vụ tai nạn tiềm n Mỗi phiên thí nghiệm được chia thành 3 giai đoạn Giai đoạn đầu tiên bao gồm một nhiệm vụ làm quen (10 phút thực hành với trình giả lập) Giai đoạn thứ hai là bài tập lái xe phòng ngừa tai nạn (với thời gian trung bình là 9 phút) Trong giai đoạn thứ ba, những người tham gia thực hiện hai bảng câu hỏi (IPQ và Câu hỏi hành vi
Trang 51412
tự trị) và bày tỏ nhận xét và xem xét trả lời câu hỏi:Bạn có cái nào không nhận xét / nhận xét về kinh nghiệm của bạn với trình mô phỏng lái xe?
5 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ MÔ PHỎNG
5.1 Car Driving Simulator - VS500M [12]
5.1.1 Các thành phần chính
Thiết bị có xuất xứ từ CANADA bao gồm một cabin mở với ghế lái và bảng điều khiển trung tâm của một chiếc xe nhỏ gọn GM Cụm công cụ đầy đủ chức năng và cụm đèn cảnh báo, màn hình hiển thị rộng và hệ thống chuyển động / rung ba trục
Tay lái được kết nối với một đơn vị tải điện động cho phép mô phỏng lực cảm nhận trên vô lăng trong quá trình điều khiển rẽ và phản hồi từ mặt đường như lỗ, vai đường hoặc thậm chí lăn trên vỉa hè Cần số mô phỏng hoạt động của số tự động, hình ảnh dựa trên PC năm kênh và ba màn hình LCD cung cấp góc nhìn phía trước 180 độ Thiết bị mô phỏng xe hơi VS500M được trang bị âm thanh vòm 5.1 độ trung thực cao cung cấp tín hiệu âm thanh định hướng thực tế tương quan với điều kiện đường xá, RPM động cơ và tốc
độ
Hình 5: Cấu trúc CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M
Hình 6: Bố trí âm thanh CAR DRIVING SIMULATOR - VS500M
5.1.2 Nội dung mô phỏng
Đào tạo giả lập bao gồm đào tạo lái xe cơ bản, đánh giá và đào tạo nâng cao trong các điều kiện đường xá, giao thông và thời tiết khác nhau Bài học và đánh giá khách quan có thể được thực hiện có hoặc không có người hướng dẫn Thiết kế kịch bản dựa trên các nguyên tắc sư phạm đã được chứng minh Đặc biệt chú ý đến việc chuyển đổi và đào tạo nâng cao như lái xe hiệu quả năng lượng và nhận thức nguy hiểm
5.2 Tech Drive Driving Simulator [13]
5.2.1 Các thành phần chính
Thiết bị có xuất xứ từ Ấn Độ bao gồm ghế ngồi ô tô thực tế, bánh xe, bàn đạp, phanh tay, tay lái, lắp ráp đèn báo, đồng hồ tốc độ xe đầy đủ chức năng với bảng điều khiển xe thực tế
Trang 61413
Thân máy bằng nhựa hiện đại cho mặt trước và phần phía sau Ba màn hình LED tích hợp với các bộ phận thực của xe như vô lăng, điều khiển bảng điều khiển, cần số, dây an toàn v.v Nhiều kênh của trường nhìn không bị biến dạng với hình ảnh có thể mở rộng lên tới 360 độ cung cấp mức độ cao
Hình 7: Cấu trúc TECH DRIVE DRIVING SIMULATOR
5.2.2 Nội dung mô phỏng
Bài tập mở rộng cho người lái xe: thành phố, đường cao tốc, địa hình, ngày, đêm, mưa, sương mù, chế độ lái xe tuyết Môi trường thực tế ảo thực tế được tạo ra bằng cách sử dụng hình ảnh tạo ra từ máy tính 3D (CGI) để tạo ra một môi trường đào tạo hoàn hảo, giống như môi trường thực tế để đào tạo và đánh giá trình điều khiển Trình chỉnh sửa bài tập linh hoạt để tạo và chỉnh sửa các bài tập tùy chỉnh Tiếp xúc với nhiều tình huống môi trường phong phú như mưa, sương mù, tuyết và đêm thường không có kinh nghiệm trong đào tạo Bổ sung các lỗi và chướng ngại vật để kiểm tra phản ứng với các tình huống kh n cấp
5.3 Máy tập lái xe hơi [14]
5.3.1 Các thành phần chính
Thiết bị có xuất xứ từ Hàn Quốc bao gồm màn hình 29 inches (LCD); điều khiển: Máy tính với IO board
và I/F card 7; bàn đạp: Sử dụng bàn đạp xe thật; tay lái: Tay lái trợ lực ; ghế ngồi và bảng đồng hồ Hiệu ứng âm thanh: Trung thực (âm thanh động cơ, âm báo, tiếng trượt bánh xe Hệ thống đào tạo lái xe cơ bản giống với chiếc xe thực sự về mặt phần cứng vật lý như vô lăng, chân ga, ly hợp, phanh, hộp số, đồng
hồ đo và phương pháp hoạt động Vì vậy hệ thống đào tạo này cung cấp cho người dùng tất cả những cảm giác như lái xe một chiếc xe thật
Hình 8: Cấu trúc MÁY TẬP LÁI XE HƠI
5.3.2 Nội dung mô phỏng
Phần mềm mô phỏng tương tác với phần cứng sử dụng công nghệ 3D mô phỏng ảo hoạt động lái xe cảnh thực tế, hệ thống sử dụng tăng tốc đồ họa của máy tính kết hợp hệ thống hiển thị tốc độ cao, cho phép người dùng có được cảm giác mạnh mẽ chân thực như thực hành thực tế, và người dùng có thể lựa chọn
Trang 71414
địa hình trong hệ thống theo nhiều mục tiêu, ngữ cảnh, của giáo trình giảng dạy Địa hình được mô tả trong phần mềm hệ thống bao gồm một loạt các điều kiện thời tiết, địa hình, địa vật, ch ng hạn như cầu vượt, cống, nút giao thông, đường dốc, vv; và một tình huống nhiều trường hợp lái xe, vv
6 KẾT LUẬN
Với mục đích nâng cao chất lượng lái xe của người học tại các cơ sở đào tạo lái xe, việc thực hiện các thao tác trên thiết bị tập lái mô phỏng giúp cho người học thực hiện thuần thục được các thao tác lái cơ bản trên thiết bị; bên cạnh đó hiểu r hơn quy tắc và tuân thủ luật giao thông khi tham gia giao thông trên đường thông qua các bài học mô phỏng giả định tình huống Bài báo muốn giới thiệu người đọc có cái nhìn khái quát hơn về các thiết bị mô phỏng dùng việc dạy lái xe trong và ngoài nước qua đó tạo cơ sở để chúng tôi
có thể thiết kế và chế tạo một mô hình tập lái xe 3D phù hợp với nhu cầu và điều kiện kinh tế người học
và của xã hội
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Andersen, G J (1986) Perception of Self-Motion Psychophysical and Computational Approaches Psychological Bulletin, 99(1), 52-65
[2] Fisher, D., Pollatsek, A., & Pradhan, A (2006) Can novice drivers be trained to scan for information that will reduce their likelihood of a crash? Injury Prevention, 12((Suppl 1)), i25-i29 [3] Goode, N., Salmon, P M., & Lenné, M G (2013) Simulation-based driver and vehicle crew training: Applications, efficacy and future directions Applied Ergonomics, 44(3), 435444
[4] Pierro Hirsch, Francois_Bellavance (2017) Transfer of Skills Learned on a Driving Simulator to On-Road Driving Behavior, pp15
[5] N Pallamin, C Bossard (2016) Presence, Behavioural Realism and Performances in Driving Simulation, pp3
[6] In D L Fischer, Rizzo, M., Caird, J.K., Lee, J.D (Eds.) (Ed.), Driving Simulation for Engineering, Medicine and Psychology Boca Raton, FL.: Taylor and Francis, pp32, 42-43
[7] Kemmerer, R H., & Hulbert, S F (1975) UCLA Driving Simulation Laboratory: With a 360 degree scene around a full size car Simulators and simulation—design, applications, and techniques, Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 59, 158–170 [8] Allen, R W., Rosenthal, T J., Aponso, B L., & Park, G D (2003) Scenarios produced by procedural methods for driving research, assessment and training applications Proceedings of the Driving Simulator Conference 2003 North America Conference, Dearborn, MI
[9] Kaussner, A., Mark, C., Krueger, H -P., & Noltemeier, H (2002) Generic creation of landscapes and modeling of complex parts of road networks Proceedings of Driving Simulation Conference DSC Europe Paris
[10] Van Wolffelaar, P., Bayarri, S., & Coma, I (1999) Script-based definition of complex scenarios Driving Simulation Conference Europe 1999, Paris
Trang 81415
[11] Park, G., Rosenthal, T J., & Aponso, B L (2004) Developing driving scenarios for research, training and clinical applications International Journal of Advances in Transportation Studies, Special Issue, 19–28
[12] https://viragesimulation.com/vs500m-car-simulator-training-and-research/
[13] http://www.adhlabs.com/CarSimulator.html
[14] http://www.cost-thanhhoa.gov.vn/tin-chao-mua/14-He-thong-mo-phong-hoc-lai-xe-oto.htm