Khảo sát các thiết bị hỗ trợ đào tạo lái xe và khả năng ứng dụng mô hình lái 3D tại Việt Nam

lý, nhận diện tình huống, qua thái độ coi thƣờng tính mạng của hành khách và ngƣời tham gia giao thông. Quá trình đào tạo lái xe ở các cơ sở đang có hiện tƣợng cạnh tranh gay gắt, đua nhau giảm giá, gây ―loạn‖ về phí đào tạo, cắt xén chƣơng trìnhvì 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 ngƣời đọc về ứng dụng thiết bị mô phỏng bên cạnh đó có đào tạo lái xe trong và ngoài nƣớc, 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 trƣớc tiên đòi hỏi một mô hình đƣợc phát triển. Mô hình này là một mô tả đƣợc xác định rõ về chủ đề mô phỏng và thể hiện các đặc điểm chính của nó, ch ng hạn nhƣ hành vi, chức năng và các thuộc tính trừu tƣợng 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 đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực, ch ng hạn nhƣ mô phỏng công nghệ để tối ƣu hóa hiệu suất, trong đào tạo, giáo dục và trò chơi videoThông thƣờng, các thí nghiệm máy tính đƣợc 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 ngƣời dùng. Mô phỏng ảo cho phép ngƣời dùng tƣơng 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 ngƣời dùng (ví dụ: theo d i cơ thể, nhận dạng giọng nói / âm thanh, bộ điều khiển vật lý) và tạo đầu ra cho ngƣời dùng (ví dụ: hiển thị hình ảnh, hiển thị âm thanh). 1409 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 ngƣời dùng cho các mô phỏng ảo nhƣ: Theo d i cơ thể: Phƣơng pháp chụp chuyển động thƣờng đƣợc sử dụng để ghi lại chuyển động của ngƣời dùng và dịch dữ liệu đã chụp thành đầu vào cho mô phỏng ảo. Ví dụ: nếu ngƣời dùng quay đầu vật lý, chuyển động sẽ đƣợc phần cứng mô phỏng ghi lại theo một cách nào đó và đƣợc dịch sang chế độ xem tƣơng ứng trong chế độ xem trong mô phỏng. Máy theo dõi mắt cũng có thể đƣợc sử dụng để phát hiện chuyển động của mắt để hệ thống có thể xác định chính xác nơi ngƣời 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 ngƣời dùng. Trong các mô phỏng ảo, phản hồi xúc giác từ các bộ điều khiển vật lý rất đƣợc mong muốn trong một số môi trƣờng mô phỏng. Thiết bị có độ trung thực cao nhƣ các bộ phận điều khiển (chân ly hợp, chân ga, chân thắng, cần số, gạt nƣớc) trong buồng lái xe hơi ảo cung cấp cho ngƣời dùng các điều khiển thực tế để nâng cao hoạt động của ngƣời 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 mƣa, sƣơng mù) giúp ngƣời 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 tƣơng tác này có thể đƣợc sử dụng để tƣơng tác với các tác nhân trong mô phỏng (ví dụ: ngƣời ảo) hoặc để thao tác với các đối tƣợng 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 ngƣời dùng trong các mô phỏng ảo: Hiển thị trực quan : Màn hình trực quan cung cấp các kích thích thị giác cho ngƣời dùng. Màn hình tĩnh có thể thay đổi từ màn hình máy tính để bàn thông thƣờng sang màn hình 360 độ bao quanh màn hình sang màn hình ba chiều âm thanh nổi. Màn hình máy tính để bàn thông thƣờng có thể thay đổi kích thƣớc từ 15 đến 60 inch. Bao quanh màn hình thƣờng đƣợc sử dụng trong môi trƣờng 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. 1410 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 tƣởng 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 lƣu lƣợng. Quét đúng cách yêu cầu ngƣời 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 đƣợc 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 tƣơng tự nhƣ những gì ngƣời lái xe mới nhận đƣợc trên đƣờng từ việc quan sát chuyển động của tất cả các yếu tố bề mặt trong môi trƣờng lái xe và từ tiếng ồn và độ rung của xe. Màn hình gắn trên đầu (HMD) (hình 3) có màn hình nhỏ đƣợc gắn trên mũ đội đầu của ngƣời dùng. Các hệ thống này đƣợc kết nối trực tiếp vào mô phỏng ảo để cung cấp cho ngƣời dùng trải nghiệm tuyệt vời hơn. Trọng số, t lệ cập nhật và trƣờng nhìn là một số biến số chính giúp phân biệt các HMD. Đƣơng 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 tƣơng ứng với ngƣời dùng quay đầu nhanh. Tốc độ cập nhật chậm hơn có xu hƣớng gây ra bệnh mô phỏng và phá vỡ cảm giác ngâm. Trƣờng nhìn hoặc phạm vi góc của thế giới đƣợc nhìn thấy tại một trƣờng quan sát nhất định có thể khác nhau tùy theo hệ thống và đã đƣợc tìm thấy ảnh hƣởng đến cảm giác của ngƣời dùng. Hiển thị âm thanh: Một số loại hệ thống âm thanh khác nhau tồn tại để giúp ngƣời dùng nghe và bản địa hóa âm thanh theo không gian. Phần mềm đặc biệt có thể đƣợc sử dụng để tạo hiệu ứng âm thanh 3D Âm thanh 3D để tạo ảo giác rằng các nguồn âm thanh đƣợc đặt trong một không gian ba chiều xác định xung quanh ngƣời dùng. Hệ thống loa thông thƣờng cố định có thể đƣợc sử dụng để cung cấp âm thanh vòm kép hoặc đa kênh. Tuy nhiên, loa ngoài không hiệu quả nhƣ 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 ngƣời mới tập lái xe đƣợc 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 ngƣời không đƣợc 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, ngƣời tham gia đào tạo giả lập có 1411 nhiều khả năng nhận thức và ứng phó phù hợp với các mối nguy hiểm đƣợc đánh giá bởi ngƣời hƣớng 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 đƣợc 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 dƣờng nhƣ 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. PHƢƠNG THỨC ĐÀO TẠO LÁI XE TẠI NƢỚC PHÁP[5] Trình mô phỏng đƣợc sử dụng cho thí nghiệm này là một trình giả lập lái xe thƣơng mại đƣợc sử dụng trong các trƣờng học lái xe ở Pháp nhƣ một công cụ giáo khoa.Trình mô phỏng, nhƣ trong hình đƣợc cấu thành từ ba màn hình bao phủ 150 ° x 31 ° của trƣờng nhìn của ngƣời dùng. Hình 4: Bộ mô phỏng 3D giả lập lái trên đƣờng Các phƣơng tiện khác cƣ trú trong môi trƣờng ảo đƣợc điều khiển bởi trí thông minh nhân tạo giúp di chuyển những chiếc xe theo một kịch bản đƣợc xác định trƣớc. Là một công cụ giáo dục, trong các tình huống thông thƣờng, 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 ngƣời đi bộ vi phạm r ràng mã lái xe để gây ra bảy vụ tai nạn tiềm n. Mỗi phiên thí nghiệm đƣợc 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 ngƣời tham gia thực hiện hai bảng câu hỏi (IPQ và Câu hỏi hành vi 1412 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 đƣợc 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 đƣờng nhƣ lỗ, vai đƣờng 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 trƣớc 180 độ. Thiết bị mô phỏng xe hơi VS500M đƣợc trang bị âm thanh vòm 5.1 độ trung thực cao cung cấp tín hiệu âm thanh định hƣớng thực tế tƣơng quan với điều kiện đƣờng 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 đƣờng xá, giao thông và thời tiết khác nhau. Bài học và đánh giá khách quan có thể đƣợc thực hiện có hoặc không có ngƣời hƣớng dẫn. Thiết kế kịch bản dựa trên các nguyên tắc sƣ phạm đã đƣợc chứng minh. Đặc biệt chú ý đến việc chuyển đổi và đào tạo nâng cao nhƣ lái xe hiệu quả năng lƣợng 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 1413 Thân máy bằng nhựa hiện đại cho mặt trƣớc và phần phía sau. Ba màn hình LED tích hợp với các bộ phận thực của xe nhƣ vô lăng, điều khiển bảng điều khiển, cần số, dây an toàn..v.v.. Nhiều kênh của trƣờng 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 ngƣời lái xe: thành phố, đƣờng cao tốc, địa hình, ngày, đêm, mƣa, sƣơng mù, chế độ lái xe tuyết. Môi trƣờng thực tế ảo thực tế đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng hình ảnh tạo ra từ máy tính 3D (CGI) để tạo ra một môi trƣờng đào tạo hoàn hảo, giống nhƣ môi trƣờng 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 trƣờng phong phú nhƣ mƣa, sƣơng mù, tuyết và đêm thƣờng không có kinh nghiệm trong đào tạo. Bổ sung các lỗi và chƣớng 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 trƣợt bánh xe. Hệ thống đào tạo lái xe cơ bản giống với chiếc xe thực sự về mặt phần cứng vật lý nhƣ vô lăng, chân ga, ly hợp, phanh, hộp số, đồng hồ đo và phƣơng pháp hoạt động. Vì vậy hệ thống đào tạo này cung cấp cho ngƣời dùng tất cả những cảm giác nhƣ 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 tƣơng 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 ngƣời dùng có đƣợc cảm giác mạnh mẽ chân thực nhƣ thực hành thực tế, và ngƣời dùng có thể lựa chọn 1414 địa hình trong hệ thống theo nhiều mục tiêu, ngữ cảnh, của giáo trình giảng dạy. Địa hình đƣợc mô tả trong phần mềm hệ thống bao gồm một loạt các điều kiện thời tiết, địa hình, địa vật, ch ng hạn nhƣ cầu vƣợt, cống, nút giao thông, đƣờng dốc, vv; và một tình huống nhiều trƣờng hợp lái xe, vv 6. KẾT LUẬN Với mục đích nâng cao chất lƣợng lái xe của ngƣời học tại các cơ sở đào tạo lái xe, việc thực hiện các thao tác trên thiết bị tập lái mô phỏng giúp cho ngƣời học thực hiện thuần thục đƣợc 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 đƣờng thông qua các bài học mô phỏng giả định tình huống. Bài báo muốn giới thiệu ngƣời đọc có cái nhìn khái quát hơn về các thiết bị mô phỏng dùng việc dạy lái xe trong và ngoài nƣớc 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 ngƣời 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. 1415 [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] [14]