仿真技術(shù)為馭勢科技無人駕駛的研發(fā)測試與商業(yè)化落地打造了一個(gè)“平行世界”，通過這個(gè)“1:1”復(fù)制現(xiàn)實(shí)物理場景的“平行世界”，無人駕駛算法的研發(fā)測試得以更加高效、更低成本并且絕對安全的方式進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)無人駕駛經(jīng)驗(yàn)的快速積累，提升無人駕駛技術(shù)的安全性與可靠性。

無人駕駛仿真實(shí)景建模技術(shù)起源

從某種程度上而言，無人駕駛仿真就是一款專門為無人駕駛算法量身打造的“賽車游戲”，如同游戲玩家競技通關(guān)、獲得獎(jiǎng)勵(lì)一樣，如果無人駕駛算法能夠在仿真“游戲”中“通關(guān)”，那么則意味著這套無人駕駛算法將獲得在現(xiàn)實(shí)物理世界上路的資格。但從虛擬世界跨越到真實(shí)世界的過程依然是危險(xiǎn)的，我們?nèi)绾伪ＷC在仿真場景中可以“大殺四方”的無人駕駛算法，在現(xiàn)實(shí)世界中也能一樣游刃有余，這就對仿真本身的真實(shí)度與可靠性提出了絕對嚴(yán)苛的要求。

無人駕駛仿真的核心在于“真”字，一套完整、可靠的仿真系統(tǒng)，必須具備有高度擬真的車輛動(dòng)力學(xué)模型和多傳感器模型、豐富且逼真的場景、真實(shí)可信的測試案例并且具備高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能。如果在以上任意一個(gè)環(huán)節(jié)上出現(xiàn)較大失真，那么都會(huì)讓仿真失效，從而讓仿真結(jié)果變得不可信。為此，馭勢科技自主研發(fā)打造了一套基于UE4的無人駕駛仿真系統(tǒng)——馭勢玲瓏，并在仿真系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)上構(gòu)建、儲(chǔ)備了強(qiáng)大的技術(shù)能力與資源，從而支持馭勢無人駕駛技術(shù)與商業(yè)解決方案實(shí)現(xiàn)快速落地。

在面向客戶交付的真實(shí)商業(yè)項(xiàng)目中，為了提升項(xiàng)目部署與驗(yàn)證效率，并最大限度地發(fā)揮測試用例的保真度，最有效的解決方案就是搭建一個(gè)“1:1”真實(shí)還原項(xiàng)目實(shí)際場景的虛擬仿真場景，也就是說，我們直接將遠(yuǎn)在千里之外的場景通過實(shí)景建模技術(shù)，“復(fù)制”到辦公室的計(jì)算機(jī)里，然后進(jìn)行相關(guān)的產(chǎn)品仿真測試與驗(yàn)證。

依賴于馭勢科技不斷研發(fā)、打磨、迭代的成熟實(shí)景建模技術(shù)與工作流程，馭勢無人駕駛仿真場景，從局部細(xì)節(jié)到整體環(huán)境，其美術(shù)表現(xiàn)已經(jīng)可以達(dá)到“以假亂真”的照片級水平，這也為無人駕駛仿真提供了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

以下部分，我們將以馭勢最新開啟的全球首個(gè)機(jī)場無人駕駛物流項(xiàng)目為例，對實(shí)景建模技術(shù)與流程進(jìn)行剖析、探討。

實(shí)景建模技術(shù)在真實(shí)項(xiàng)目的應(yīng)用

1. 基于實(shí)景測繪數(shù)據(jù)的場景建模流程

以實(shí)景建模技術(shù)進(jìn)行仿真場景制作的第一步是取得真實(shí)場景的測繪數(shù)據(jù)，我們對香港國際機(jī)場的無人駕駛運(yùn)行場景進(jìn)行了大量的實(shí)景測繪，獲取了豐富的場地三維點(diǎn)云信息和高清圖像數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)，美術(shù)人員對場景進(jìn)行拆解，分析其中的建筑、物件、植物等模型元素，并羅列統(tǒng)計(jì)出需要制作的模型文件。針對不同類型的模型，美術(shù)人員采用不同的方式在DCC軟件中進(jìn)行建模、繪制與貼圖。

圖：激光點(diǎn)云輔助場景還原

在完成所有的場景模型制作后，便進(jìn)入場景整合階段。我們將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到UE4中，這是輔助我們對現(xiàn)實(shí)場景作“1:1”高精度還原的關(guān)鍵。最后，我們還會(huì)根據(jù)項(xiàng)目所在地的經(jīng)緯坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間下的光照模擬。

圖：真實(shí)場景與仿真場景對比

2. 實(shí)景建模的效率挑戰(zhàn)與應(yīng)對

經(jīng)過上述流程，無人駕駛仿真場景就得以創(chuàng)建完成，但在實(shí)際的建模過程中卻需要耗費(fèi)大量時(shí)間與精力以完成數(shù)量龐大的模型制作與場景整合工作。在機(jī)場無人物流運(yùn)輸項(xiàng)目中，香港機(jī)場的現(xiàn)實(shí)場景十分復(fù)雜，可以稱之為“海、陸、空”元素的大集合，包括了港口碼頭、室內(nèi)行李大堂、隧道、停機(jī)坪等各種場景以及相關(guān)模型元素。

為了提升無人駕駛仿真場景的制作效率，進(jìn)一步加快項(xiàng)目部署進(jìn)度，場景制作工作需要行之有效的優(yōu)化。我們通過分析，在無人駕駛仿真的各類場景制作中其實(shí)存在一些共有的重復(fù)性工作，例如對路邊大量路燈和圍欄的擺放，為此，我們自主開發(fā)了道路系統(tǒng)生成插件以加快場景制作。道路系統(tǒng)生成插件可以讀取項(xiàng)目場地的高精地圖數(shù)據(jù)，整合依照現(xiàn)場環(huán)境制作的相關(guān)模型，直接生成場景道路及其周邊環(huán)境，而美術(shù)人員只需調(diào)整插件參數(shù)即可達(dá)到與點(diǎn)云基本一致的物件分布，極大節(jié)省了場景整合的時(shí)間與工作量。

3. 塑造仿真場景的整體真實(shí)感

照片級的美術(shù)表現(xiàn)，這就要求仿真場景必須塑造出足夠的整體真實(shí)感。不論近景、遠(yuǎn)景，仿真場景的整體真實(shí)感會(huì)極大影響使用者的視覺體驗(yàn)，而任何視覺上的失真都會(huì)破壞仿真工作的代入感。因此除了保證在近景上讓無人駕駛車輛的相關(guān)傳感器能夠獲取與現(xiàn)實(shí)貼近的感知信息，我們也極力追求在遠(yuǎn)景上還原真實(shí)場景。另外，我們的美術(shù)資產(chǎn)基本都采用了游戲管線來制作，這樣不但保證了畫面效果，在優(yōu)化方面也有更好的參考和更大的空間。在香港機(jī)場無人物流運(yùn)輸項(xiàng)目中，我們參照Google Earth以及現(xiàn)場采集的素材，最大化還原了機(jī)場四周的山形地貌，以及亞洲國際博覽館等周邊建筑，甚至包括了通往香港市區(qū)的部分高架和地鐵路線。

在場景制作中，視角也是需要考慮的重要因素。事先了解仿真的常用視角，我們會(huì)在材質(zhì)的處理上同時(shí)顧及到多種視角下的美術(shù)表現(xiàn)，避免制作盲區(qū)，事半功倍，提升整個(gè)仿真場景的畫面細(xì)膩度。

4. 完美模擬全天候運(yùn)營環(huán)境的動(dòng)態(tài)光照功能

在真實(shí)世界中，昏暗的夜晚、白天的大逆光、從室內(nèi)到室外的光線明暗變化等因素都會(huì)極大地影響無人駕駛車輛的感知系統(tǒng)，尤其對于需要7X24小時(shí)全天候運(yùn)營的無人物流車而言，必須要能夠適應(yīng)任何時(shí)間段、任何天氣條件下的光照影響。因此，無人駕駛仿真系統(tǒng)也必須具備24小時(shí)時(shí)間及天氣變化功能以充分滿足研發(fā)測試所需。我們通過對室外場景使用動(dòng)態(tài)光照實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，讓無人駕駛算法在仿真場景就可以實(shí)現(xiàn)從白天到夜晚，風(fēng)霜雨雪霧等各種極端天氣下的測試，但動(dòng)態(tài)光照功能同時(shí)也給我們帶來了優(yōu)化上的較大挑戰(zhàn)，需要同時(shí)保證不同時(shí)間、天氣條件下的光照真實(shí)程度，并且盡量減少可調(diào)節(jié)的參數(shù)數(shù)量。針對這個(gè)問題，我們正在積極地嘗試實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)，并取得了初步進(jìn)展。

圖：對實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)的測試

5.車輛資產(chǎn)

此外，車輛資產(chǎn)是無人駕駛仿真系統(tǒng)中最重要的部分之一，它是停留在用戶眼前時(shí)間最久的模型。然而，車輛在優(yōu)化和渲染效果上是比較難以平衡的。對此，我們借鑒了許多主流賽車游戲的表現(xiàn)，并在經(jīng)過幾次試驗(yàn)迭代后，積累出一套車輛資產(chǎn)制作規(guī)范，同時(shí)定制了一套足夠適用項(xiàng)目需求的車輛材質(zhì)庫。

機(jī)場無人物流項(xiàng)目的仿真測試

在完成仿真場景的創(chuàng)建后，無人駕駛駕駛研發(fā)測試人員就可以在仿真系統(tǒng)中制作并導(dǎo)入各種實(shí)際場景中的測試案例，包括各種Conner Case，從而對無人駕駛算法進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。

在香港機(jī)場無人物流運(yùn)輸項(xiàng)目中，無人駕駛物流車輛在運(yùn)送行李的運(yùn)行線路中，可能需要讓行擁有絕對路權(quán)的消防車，可能需要繞開路中臨時(shí)擺放的路障，可能需要規(guī)避堆放在運(yùn)行路線兩側(cè)的拖斗和貨物，也得與其他人員和諧相處，這些測試案例都在“1:1”高精度還原的無人駕駛仿真系統(tǒng)中進(jìn)行了預(yù)演和驗(yàn)證。

只有無人駕駛算法順利通過仿真系統(tǒng)中所有測試關(guān)卡的考驗(yàn)之后，我們才會(huì)放心地將無人駕駛軟件交付給負(fù)責(zé)實(shí)車驗(yàn)證的人員，進(jìn)而開啟下一階段的部署工作，并最終保障整個(gè)項(xiàng)目的高質(zhì)量完成。

實(shí)景建模技術(shù)帶來的跨界機(jī)會(huì)

實(shí)景建模技術(shù)讓馭勢無人駕駛仿真工作變得卓有成效，為推動(dòng)無人駕駛技術(shù)的演進(jìn)與落地貢獻(xiàn)了巨大價(jià)值。這樣一種基于實(shí)景建模技術(shù)的仿真系統(tǒng)擁有著不可限量的商業(yè)擴(kuò)展空間，只需略加修改，就能快速適配至數(shù)字孿生的其他應(yīng)用場景，例如智慧城市建設(shè)、智能制造的全生命周期管理等等。

廣闊天地，大有作為，基于實(shí)景建模的仿真既構(gòu)建了與現(xiàn)實(shí)物理世界毫無二致的虛擬世界，更開放了人類的想象世界，一切都值得拭目以待。