自動駕駛虛擬仿真技術,作為推動自動駕駛落地的必要工具,已經被行業廣泛運用。與在遊戲中復現虛擬的現實世界類似,自動駕駛虛擬仿真系統,是通過虛構一個幾何形象、物理規律乃至運行邏輯都與真實世界無限接近的虛擬環境,讓自動駕駛汽車在其中運行,積累算法訓練和驗證需要的海量數據,以此解決現實中測試成本高、耗時長、風險高、場景局限性大等問題。
日前,騰訊自動駕駛仿真技術總監孫馳天分享了利用遊戲技術,騰訊如何助推自動駕駛仿真實現技術突破。
騰訊自2016年布局自動駕駛以來,將虛擬仿真當作三大基礎平臺之一,於2018推出了自動駕駛虛擬仿真系統TAD Sim,該系統可以高效構建還原度極高的測試場景,完成自動駕駛汽車感知、決策、控制算法的閉環仿真測試,目前已經和國家智能網聯汽車(長沙)測試區等測試機構以及多家車企達成了商業合作項目。
作為國內遊戲領域的最強玩家,騰訊在構建TAD Sim的過程中也運用了多項領先的遊戲技術。
TAD Sim以遊戲引擎提升仿真系統真實性
正如轟動遊戲行業的虛幻引擎5帶來接近真實世界的視覺效果,在自動駕駛仿真測試中同樣需要模擬出高還原度的場景細節,以使得仿真測試條件與真實世界無限接近,才能對算法測試的效果做出更客觀的評價,如光線變化、雨雪變化等對車輛傳感器的效率和精準度影響。
仿真系統自帶場景元素真值,無需標註自動生成各種天氣、路況,保證覆蓋度
騰訊TAD Sim在場景構建中,採用了三維重建和遊戲引擎等技術,以小於3cm的精度誤差模擬道路交通場景及虛擬城市場景,並藉助遊戲引擎還原出日出、日落等光照條件,以及風、霜、雨、雪等天氣條件的變化,使得場景和傳感器仿真的測試條件接近真實,進而保證測試效果的真實性。
TAD Sim核心能力
TAD Sim攝像頭仿真及雷射雷達仿真
TAD Sim運用物理引擎構建物理計算規則
雨雪天氣剎車距離會變長、路面積水反光會影響傳感器感知等現實世界中存在的物理規律,需要真實的「移植」到虛擬仿真平臺中,這對感知算法以及控制算法的測試同樣非常重要。
騰訊TAD Sim實現這一步,依靠的是物理引擎以及精準的傳感器模型和專業的車輛動力學模型。物理引擎在遊戲中的作用是使得遊戲角色遵循運動規律,比如當角色跳起的時候,系統內定的重力值決定它可以跳多高,當角色碰到牆體的時候,系統的碰撞檢測決定它無法穿越。
類比到TAD Sim中,內置的物理引擎決定了車輛、傳感器以及其他角色的運動需要遵循事先輸入的傳感器及車輛動力學等模型。此外,運轉自動駕駛車輛動力學模型仿真,需要1000赫茲的超高更新頻率,對物理引擎有非常高的要求。
騰訊TAD Sim具有強大的遊戲技術支持,同時本身具有高精度的傳感器模型,以及27自由度的專業車輛動力學模型,還支持接入CarSim這樣行業頂尖的車輛動力學模型,能保證自動駕駛仿真測試結果的真實性。
Agent AI助力TAD Sim構建交通流AI
騰訊TAD Sim的核心能力之一,是數據驅動構建虛擬一體的測試場景,運用到了遊戲領域常用的Agent AI技術。
在遊戲中Agent AI的作用主要是定義NPC(非角色玩家)的行為,每個NPC都需要有自己的行為邏輯。例如遊戲中的敵人會根據玩家行為做出不同的反應,比如攻擊、躲避、發警報召喚隊友等,背後控制這個行為的就是Agent AI。
在自動駕駛的仿真測試中,傳統的測試平臺大多是通過路採數據回放的方式模擬測試場景,所以場景中交通元素的互動是固定模式。
為了提升路採數據的利用率及測試場景的豐富性,騰訊的TAD Sim除了支持場景編輯、路採數據回放式仿真之外,還可以利用類似於Agent AI的技術,以大量路採數據訓練交通流AI,生成真實度高、交互性強的交通場景,進行閉環仿真,提高路採數據的利用率,進而提高測試效率、降低採集成本。例如,被測試的自動駕駛主車想要超車,可以藉由Agent AI來控制NPC車輛做出與真實世界一致的避讓或其他博弈行為。
雲遊戲助力雲仿真提升測試效率
近兩年,「雲遊戲」快速發展,,將原本需要很高端的電腦配置才能運行的遊戲放到雲端伺服器運行,大大降低了高端遊戲的設備門檻,只需要有網絡及一個具有視頻解碼能力的終端,就可以隨時隨地體驗3A級的遊戲大作。
騰訊在雲遊戲領域也有著較多布局和積累。背靠騰訊多媒體實驗室和雲遊戲部門的技術體系,藉由高解析度、低延時、高幀率等編解碼、網絡傳輸和實時通信技術,TAD Sim可以讓用戶隨時隨地訪問雲仿真系統中任一節點,並實時觀看超高真實度的仿真場景,便於用戶定位問題。在這樣的雲端虛擬仿真測試場中,可以大量部署測試車輛,進行7*24不間斷測試,甚至可以將時間調快,邏輯加速,提高測試效率。
運用MMO同步技術實現大規模城市雲仿真
大型RPG遊戲運用MMO同步技術,保證所有玩家看到的世界和操作的結果都是一致的,這項技術在自動駕駛仿真平臺中也有重要作用。騰訊TAD Sim提供的虛擬城市型雲仿真,是在系統中加載一個城市級別的高精度地圖,在其中部署大量自動駕駛主車以及交通流元素。通過高並發測試,找出自動駕駛算法處理不好的場景,再結合場景型雲仿真進行算法測試完善,兩種仿真模式相結合以提升算法研發測試效率。
在虛擬城市型雲仿真中,同樣需要運用MMO同步的技術,以保證場景中所有動態交通元素看到的是同一個世界,保證自動駕駛主車以及交通流車輛的數據每一幀都是完全同步的,進而保證對算法測試結果的正確判斷,這對開發者客觀評價自動駕駛算法來說至關重要。
結語
自動駕駛正在逐步實現場景化應用,快速累積大量測試數據成為自動駕駛汽車落地的關鍵。虛擬仿真平臺作為一種被行業公認的行之有效的工具,價值被進一步放大,成為了自動駕駛行業競爭的關鍵賽點。
騰訊自動駕駛虛擬仿真平臺TAD Sim,作為最早入局的玩家之一,藉由業內頂級的遊戲技術助力,或許已經找到了突圍刺激戰場的制勝秘籍。
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