车载全风挡平视显示具有信息容量大、显示模式多样的特点,合理的平视显示信息指引,可以增强驾驶员的主观情景意识,提高驾驶员的驾驶行为绩效,反之,则可能导致驾驶员注意力分散、认知负荷过载甚至加剧人机交互安全风险。利用工效学实验方法研究车载全风挡平视显示的信息量和显示模式是否合理,需要以车载全风挡平视显示交互仿真平台为支撑,并通过采集分析模拟驾驶过程中试验者的数据来评定工效水平,揭示有无全风挡平视显示对驾驶员任务负荷的影响机理。本课题基于虚拟现实技术与人机交互技术,对车载全风挡平视显示交互仿真平台的开发需求进行全方面的分析,阐述它基本组成和主要实现的功能,制定了合理的开发方案以及技术路线,确定了开发环境以及涉及到的相关工具,并深入开展了车辆动力学模型、车辆行驶视景环境构建技术、全风挡平视显示(Full-Windshield Head-up Display,FHUD)仿真、硬件环境设计与集成、驾驶员任务负荷的平台验证试验的研究。对车辆动力学模型进行了深入研究。通过对车辆的受力进行若干假设,并基于这个假设,确立了车辆在直线运动时受力模型、加速受力模型、转向受力模型;提出了车辆动力学模型在仿真中的应用,构建了车辆动力学模型研究体系。对车辆行驶视景环境构建技术进行了深入研究。基于模拟驾驶“沉浸感”的需求,提出了模型纹理获取的方法,确立了场景模型建模的过程;为了提高实时运行效率,提出了基于场景模型轻量化处理方法;结合视点与物体之间的几何位置关系,提出了虚拟碰撞检测方法;利用粒子系统,给出了车辆在行驶视景环境中特效表达方式;结合MFC单文档工程,通过构建车辆行驶视景环境主线程设计框架,给出了车辆行驶视景环境构建开发的流程和方法,开发了用于全风挡平视显示的虚拟仿真场景。对全风挡平视显示(FHUD)仿真开展了深入研究。为了全风挡平视显示的驾驶工效机理研究,将FHUD仿真分为FHUD交互界面模块、FHUD控制端模块以及数据接口模块;结合目前专家学者对平视显示界面的工效研究手段,提出了一种基于车辆驾驶任务的信息模式设计方法;为了提高开发效率,提出了复用性组件设计方法;利用GL Studio与VS2005混合开发方式,确立了虚拟信息元素的开发过程,提出了纹理与字符库构建的机制,实现了 FHUD交互界面模块元素设计与界面集成驱动,引入“C/S”结构思想,对FHUD控制端模块进行开发、实现对FHUD交互界面对象的控制与监视。对硬件环境设计与集成进行深入研究。通过分析研究的内容以及后续试验需求,构建系统硬件布置框架。借助一般轿车外形数据、输入/输出信号的分类以及传感器的类别,实现了操纵装置的研究;利用串口通讯技术,实现操纵信号与车辆行驶视景环境、FHUD仿真的连接驱动;基于人眼球弧度的特性,提出了曲面屏幕设计方法,并对两台投影仪映射出的画面进行边缘融合研究。对驾驶员任务负荷的平台验证试验进行了深入研究。揭示了有无全风挡平视显示对驾驶员任务负荷的影响机理。通过实例分析对比,证明了平台的有效性和可操作性。最终经过试验证明,设计的平台系统显示的信息量和显示模式可实现全风挡平视显示仿真及界面重构,利用不同信息颜色大小的区分度,可为全风挡平视显示的驾驶员认知和行为特征等研究提供重要支持。