干货分享：游戏技术如何助力自动驾驶仿真测试

自动驾驶虚拟仿真技术,作为推动自动驾驶落地的必要工具,已经被行业广泛运用。与在游戏中复现虚拟的现实世界类似,自动驾驶虚拟仿真系统,是通过虚构一个几何形象、物理规律乃至运行逻辑都与真实世界无限接近的虚拟环境,让自动驾驶汽车在其中运行,积累算法训练和验证需要的海量数据,以此解决现实中测试成本高、耗时长、风险高、场景局限性大等问题。

日前,腾讯自动驾驶仿真技术总监孙驰天分享了利用游戏技术,腾讯如何助推自动驾驶仿真实现技术突破。

腾讯自2016年布局自动驾驶以来,将虚拟仿真当作三大基础平台之一,于2018推出了自动驾驶虚拟仿真系统TAD Sim,该系统可以高效构建还原度极高的测试场景,完成自动驾驶汽车感知、决策、控制算法的闭环仿真测试,目前已经和国家智能网联汽车(长沙)测试区等测试机构以及多家车企达成了商业合作项目。

作为国内游戏领域的最强玩家,腾讯在构建TAD Sim的过程中也运用了多项领先的游戏技术。

TAD Sim以游戏引擎提升仿真系统真实性

正如轰动游戏行业的虚幻引擎5带来接近真实世界的视觉效果,在自动驾驶仿真测试中同样需要模拟出高还原度的场景细节,以使得仿真测试条件与真实世界无限接近,才能对算法测试的效果做出更客观的评价,如光线变化、雨雪变化等对车辆传感器的效率和精准度影响。

仿真系统自带场景元素真值,无需标注自动生成各种天气、路况,保证覆盖度

腾讯TAD Sim在场景构建中,采用了三维重建和游戏引擎等技术,以小于3cm的精度误差模拟道路交通场景及虚拟城市场景,并借助游戏引擎还原出日出、日落等光照条件,以及风、霜、雨、雪等天气条件的变化,使得场景和传感器仿真的测试条件接近真实,进而保证测试效果的真实性。

TAD Sim核心能力

TAD Sim摄像头仿真及激光雷达仿真

TAD Sim运用物理引擎构建物理计算规则

雨雪天气刹车距离会变长、路面积水反光会影响传感器感知等现实世界中存在的物理规律,需要真实的“移植”到虚拟仿真平台中,这对感知算法以及控制算法的测试同样非常重要。

腾讯TAD Sim实现这一步,依靠的是物理引擎以及精准的传感器模型和专业的车辆动力学模型。物理引擎在游戏中的作用是使得游戏角色遵循运动规律,比如当角色跳起的时候,系统内定的重力值决定它可以跳多高,当角色碰到墙体的时候,系统的碰撞检测决定它无法穿越。

类比到TAD Sim中,内置的物理引擎决定了车辆、传感器以及其他角色的运动需要遵循事先输入的传感器及车辆动力学等模型。此外,运转自动驾驶车辆动力学模型仿真,需要1000赫兹的超高更新频率,对物理引擎有非常高的要求。

腾讯TAD Sim具有强大的游戏技术支持,同时本身具有高精度的传感器模型,以及27自由度的专业车辆动力学模型,还支持接入CarSim这样行业顶尖的车辆动力学模型,能保证自动驾驶仿真测试结果的真实性。

Agent AI助力TAD Sim构建交通流AI

腾讯TAD Sim的核心能力之一,是数据驱动构建虚拟一体的测试场景,运用到了游戏领域常用的Agent AI技术。

在游戏中Agent AI的作用主要是定义NPC(非角色玩家)的行为,每个NPC都需要有自己的行为逻辑。例如游戏中的敌人会根据玩家行为做出不同的反应,比如攻击、躲避、发警报召唤队友等,背后控制这个行为的就是Agent AI。

在自动驾驶的仿真测试中,传统的测试平台大多是通过路采数据回放的方式模拟测试场景,所以场景中交通元素的互动是固定模式。

为了提升路采数据的利用率及测试场景的丰富性,腾讯的TAD Sim除了支持场景编辑、路采数据回放式仿真之外,还可以利用类似于Agent AI的技术,以大量路采数据训练交通流AI,生成真实度高、交互性强的交通场景,进行闭环仿真,提高路采数据的利用率,进而提高测试效率、降低采集成本。例如,被测试的自动驾驶主车想要超车,可以借由Agent AI来控制NPC车辆做出与真实世界一致的避让或其他博弈行为。

云游戏助力云仿真提升测试效率

近两年,“云游戏”快速发展,,将原本需要很高端的电脑配置才能运行的游戏放到云端服务器运行,大大降低了高端游戏的设备门槛,只需要有网络及一个具有视频解码能力的终端,就可以随时随地体验3A级的游戏大作。

腾讯在云游戏领域也有着较多布局和积累。背靠腾讯多媒体实验室和云游戏部门的技术体系,借由高分辨率、低延时、高帧率等编解码、网络传输和实时通信技术,TAD Sim可以让用户随时随地访问云仿真系统中任一节点,并实时观看超高真实度的仿真场景,便于用户定位问题。在这样的云端虚拟仿真测试场中,可以大量部署测试车辆,进行7*24不间断测试,甚至可以将时间调快,逻辑加速,提高测试效率。

运用MMO同步技术实现大规模城市云仿真

大型RPG游戏运用MMO同步技术,保证所有玩家看到的世界和操作的结果都是一致的,这项技术在自动驾驶仿真平台中也有重要作用。腾讯TAD Sim提供的虚拟城市型云仿真,是在系统中加载一个城市级别的高精度地图,在其中部署大量自动驾驶主车以及交通流元素。通过高并发测试,找出自动驾驶算法处理不好的场景,再结合场景型云仿真进行算法测试完善,两种仿真模式相结合以提升算法研发测试效率。

在虚拟城市型云仿真中,同样需要运用MMO同步的技术,以保证场景中所有动态交通元素看到的是同一个世界,保证自动驾驶主车以及交通流车辆的数据每一帧都是完全同步的,进而保证对算法测试结果的正确判断,这对开发者客观评价自动驾驶算法来说至关重要。

结语

自动驾驶正在逐步实现场景化应用,快速累积大量测试数据成为自动驾驶汽车落地的关键。虚拟仿真平台作为一种被行业公认的行之有效的工具,价值被进一步放大,成为了自动驾驶行业竞争的关键赛点。

腾讯自动驾驶虚拟仿真平台TAD Sim,作为最早入局的玩家之一,借由业内顶级的游戏技术助力,或许已经找到了突围刺激战场的制胜秘籍。