Unity自动驾驶仿真

编者按：

最近Unity上市了，网上也有一种自动驾驶仿真第一股的说法。其实这个说法蹭热度的嫌疑居大，毕竟仿真只是Unity众多业务中的一个而已。但话又说回来，Unity做自动驾驶仿真是天经地义的事情，和Unreal等相似，它的技术储备和仿真所需要的技术栈基本上是完美重合的。

目前的开源仿真工具主要是基于Unreal和Unity完成的。前者的代表有Carla和Arisim，后者的代表有lgsvl simulator 和 AriSim_Unity。

本篇主要关注基于Unity的自动驾驶仿真开源资源。这些资源是从wiki和其他网络资源收集而来，分享的重点放在工具总结本身，希望其可以作为一个粗略的资源列表。

Unity为什么适合自动驾驶仿真？

市面上有一些优秀的商业软件，如Prescan、VTD、51Simone等，但它们非常昂贵。网络上也有一些开源项目，但它们中有一大部分不是基于现代引擎开发的，因而其图形和通用软件环境可能有些过时。考虑以上原因，尤其是对于一些初创公司，基于Unreal或Unity自己搭建一个仿真引擎就是一件比较有意思的事了。

如果真的要基于物理引擎搭建一个自动驾驶仿真软件，首要的，要注意以下几点：

不要重复造轮子，在游戏引擎的基础上构建
利用成熟的3D游戏工作流、技术、硬件和技术社区
要有可扩展性
要模块化(包括各种输入输出设备，AI，传感器等)
能足够灵活进行原型设计，驱动评估，自动测试

为什么建立在游戏平台上?

游戏是3D软件的集大成者，近些年有大量资源和人力被投入进来以改进游戏的技术。可编程着色器、物理引擎、预照明、导航网格、动画混合系统等功能都是游戏引擎支持的，加速技术的应用也可以让游戏软件以实时帧率运行。

游戏产业也推动了硬件创新，比如英特尔的GPU开发、罗技G27\G29、TrackIR头部跟踪器、Leap手势传感器、Oculus Rift和低延迟传感器等输入控制器硬件。利用这种低成本的硬件进行模拟也将允许更多的观众使用功能齐全、价格合理的模拟器。

为什么选择Unity？

其实在我个人看来，Unreal和Unity都是很好的引擎，网络上关于它们的优劣对比文章也很多，在此不再赘述。在这篇文章中我们把注意力放在Unity上。

Unity本身有如下特点：

版本迭代稳定
已经有很多基于Unity的项目，有众多游戏和开源项目使用的都是Unity
集成有动画、粒子系统、导航网格、物理、occlusion等各种功能
可以使用C#，Mono等成熟的脚本
可以在win/Linux/Mac等多平台上使用
有良好的社区氛围(众多开发者和素材)
有好的文档支持，包括但不限于官方文档，论坛，第三方教程，youtube等
是创新硬件产品的首选平台(Oculus Rift等虚拟现实设备, Hydra Razer体感控制器, Leap)
免费/价格较低
不开源，但是可扩展(编写脚本，low level dll等)

资源

这一节是这篇文章的核心，类似下文描述的资源有很多，但我精力有限，不打算全部列出。有好的建议可以在评论区列出。

环境搭建

Unity本身并不是一个建模工具。它是一个“场景装配”工具和实时游戏引擎。所以详细的3D建模一般都需要在其他工具中完成。

Unity中现成的素材可以很容易地统一起来。在“ 3D Models Category of the Unity Asset store”里可以用免费或很少的钱购买到Unity中的大量产品。如果你正在寻找一些相关的模型,在资产存储搜索“pack”,例如 Vegetation pack, City pack等等。对于资源包的搜索，网上有大量的整理博客，这里就不再赘述了。当然，你也可以自己建模解决问题。

以下大致提一下地形构建、城市（建筑物）构建、路网（道路）构建的资源。

[地形] Terrain Toolkit，YoutubeDemo
[地形] WorldComposer,可以从真实环境中构建数据城市(建筑物)构建
[城市] CityEngine 快速生成城市模型的软件，功能很强大
[城市] ViziCIties 它使用了开放地图数据，结合3d生成的建筑物进行缩放，混合了从英国政府、环保机构到Twitter等各种来源的大数据。
[路网] VTP 主要用于基于路网建设的城市，支持较多道路设计文件格式。路网(道路)构建
[路网] Road Architect 以动态交叉口、桥梁等多种道路物体为特色，是非常专业的道路建设软件
[路网] EasyRoads3D 特点是能建立众多跟道路相关的对象如栅栏，墙，树等。
[路网] 借用OSM-CityEngine-Unity3D 的工具链
[路网] RoadRunner，可翻看以前的文章参考
[路网] 基于点云信息，3D地图建立，这种反而是和开发生产环境耦合最紧密的方法。

天气天时架构

Unity中提供了一些简单的天时控制和天气控制

太阳位置(仰角，方位角)控制
通过调整角度和大气散射参数调制阳光的颜色和强度
太阳在低角度会产生眩光效应
天空背景沙河动画(或者至少白天黑夜之间有差别)
通常至少有几个云层
云可以由程序生成和形成动画天气特点
降雨效应
地面效应(滴溅系统、颗粒系统)(积雪融化)
吹风，树叶降落等其他效果
闪电等

交通流架构

交通流仿真对自动驾驶仿真来说是极其重要的。这个在我们以前的文章也专门介绍过，可以翻回去回溯。这里首先一些online资源网站

Unity-Traffic-Simulation
Martin Treibe 交通计量经济学、建模与统计研究所
gamma 该网站可仔细钻研
Unity中的A*算法

关于交通流仿真的书

《Fundamentals of Traffic Simulation》
《Traffic Flow Dynamics》
《Unity: A General Platform for Intelligent Agents》
《Connection of the SUMO Microscopic Traffic Simulator and the Unity 3D Game Engine to Evaluate V2X Communication-Based Systems》

非Unity的交通流仿真工具