CarSim、TruckSim和BikeSim使用的车辆数据描述了悬挂系统行为、动力系统属性、主动控制器行为、轮胎属性，以及道路坡度、障碍、气象条件和沥青类型。软件的核心是一个模拟计算器，它可以预测车辆将会如何反应，例如在特定条件下是否会倾覆或打滑，或者在潮湿路面上是否能足够快速地制动。该软件还会根据解算的数据生成车辆动作的可视化表示。
另一方面，该软件还可以导入真实的车辆和地图数据，并分析车速、反应时间和驾驶体验的其他方面。显然这个应用程序可以用于事故再现和训练模拟器，不过近年来还出现了一个新的用途——用于无人驾驶车辆的数据收集和机器学习。
测试无人驾驶车辆
自主驾驶汽车已经可以在有限的驾驶条件下供公众使用，但是要想让它们开上公路面对更复杂的驾驶环境，它们背后的技术还需要进一步打磨来满足安全和法规要求。这个过程中的一个环节就是记录并分析汽车在试运行中的数据。无人驾驶汽车使用各种基于物理的传感器来探测周围的环境：摄像机、雷达和激光雷达。要衡量一辆自主驾驶汽车是否成功，在很大程度上取决于它能否处理来自这些传感器的数据，并判断自身与其他车辆、行人、自行车骑手乃至道路上的残骸的距离，更不用说还要考虑道路本身的坡度、大小和状况。这种车辆还必须探测车道标志、信号灯和交通标志，并且像人类驾驶员一样在各种天气和光照条件下作出反应。
对这类车辆的第一批测试是在真实的试车道上进行的，但是很快人们就发现，先在虚拟汽车上执行此类测试会大大提高效率——而且大大提高安全性。
虚拟汽车配有实体汽车的所有传感器，而且视觉数据会像实际测试一样输送到传感器。差别在于，工程师可以轻松试验传感器布置的各种变化，针对障碍、天气、昼夜时间和路况的各种变化进行快速迭代，而且所有工作都是在虚拟环境中安全进行的。
虚幻引擎的登场
无论是采用虚拟方式还是实体方式，对无人驾驶汽车的测试都需要数百乃至数千小时的行驶，而这样的测试会产生海量的数据。当Mechanical Simulation在几年前看到这一趋势时，他们就着手升级自己的产品来应对挑战。“我们想做的第一件事是用真实的交通和道路模型来改进我们的驾驶模拟器产品，”Mechanical Simulation的资深客户经理Robert McGinnis说。“但是后来，随着无人驾驶概念推出，大家都希望整合基于物理的传感器，于是我们就开始把我们的技术作为通用的汽车模拟工具向车辆动力学工程师和无人驾驶工程师推荐。”
与此同时，在软件的视觉表现方面，Mechanical Simulation知道自己需要跟上计算机图形技术的发展步伐。
他们发现，为了获得更多可视化选择，许多客户已经开始将CarSim和TruckSim解算器的结果连同他们自己的汽车模型和环境数据一起移植到虚幻引擎。UE4开放访问的源代码、C++支持和蓝图可视化脚本系统使它成为处理行车测试产生的大量数据的诱人选择。于是Mechanical Simulation决定将他们的产品更多地集成到虚幻引擎中。“显而易见，我们可以从道路、传感器和MATLAB/Simulink之类的接口工具获取信息，然后让大家集成自己的主动控制器，”McGinnis说。
这就给Mechanical Simulation指出了一条使用虚幻引擎升级产品的明确道路，使他们可以把更多精力集中于自己的核心技术：产品内部的解算器。“最初，我们的软件并没有构建复杂可视化场景的好办法，”McGinnis说。“后来我们采用的一种方法就是添加一个虚幻商城插件，它允许将CarSim车辆解算器加载到虚幻编辑器中。这样一来，大家就可以自己使用该工具创建场景和情境。”
2017年在虚幻商城免费发布的VehicleSim Dynamics插件为CarSim和Trucksim用户提供了一个强大的工具，使他们在生成可视化表示的过程中能够利用虚幻引擎提供的所有优点，例如基于物理的渲染（PBR）材质、逼真的光照、地形和植物叶子资源包，以及城市风光项目。
插件剖析
VehicleSim Dynamics插件的工作方式是将解算器数据转换为蓝图，然后用户就可以方便地查询蓝图来产生关于地形和车辆的数据。
为了使地形数据尽可能适应虚幻引擎，解算器将地形描述安排为可搜索的结构，可以通过解算器高效查询。为了照顾机器性能较差的客户，该插件还将图形和物理的地形表示分开。“通过将模拟的物理表示和视觉表示完全分开，我们得以在另外的机器上运行计算器。然后我们建立回到虚幻引擎的通讯信道，以视觉形式将车辆表示出来，”Mechanical Simulation的首席开发师Jeremy M. Miller说。“这有点复杂，但我们必须这么做，才能与没有任何GPU能力的HIL [硬件在环]系统相连。”
Mechanical Simulation的团队认为虚幻引擎插件的简约性对客户来说是巨大的优点。“他们不希望在一台机器上运行价值200000美元的软件还需要另配一个工程师来帮助主要工程师完成任务，”Miller说。“我们的观点是，最简单的工具链就是最高效的。”实践还证明，这个插件可以用于新设计车辆的训练、测试和视觉预览。该团队还在不断努力改进这个插件，为顾客提供更好的服务，例如最近他们就添加了一个FBX转换器，用于导入能够配合插件使用的实际地形模型。
插件的实地运用
使用虚幻引擎还为工作更侧重于车辆设计的美观方面的客户提供了额外的好处。“我们有些客户在虚幻引擎中进行迭代来研究各种主题，例如车头灯设计和不同车辆上的传感器布置，为的是以更低的成本优化传感器的覆盖范围，”McGinnis说。有一家这样的客户就是VERTechs，它是总部设在东京的公司，专门开发用于自主驾驶系统的AI技术。为了帮助测试无人驾驶车辆，VERTechs从无到有地开发了一个名为AUTOCity的虚拟城市。
“通过来自CarSim的行为控制数据，可以使用UE4渲染出关于AUTOCity的极其逼真的视频，”VERTechs的首席执行官Yoshiya Okoyama说。“深度数据和分割图像对于AI学习是不可或缺的。通过UE4的技术可以同时生成这两者。不仅如此，通过创建关于AUTOCity资源的虚拟点云数据，还可以同时进行激光雷达的模拟。这些并行化的模拟已经可以在通用计算机上实时实现。”
（本视频转载自YouTube：视频原址）
日本公司理经株式会社也在使用Carsim UE插件扩展其产品和服务。理经专门开发照片级真实的虚拟空间，用于包括汽车模拟在内的各种领域。“UE4具有非常强的光照再现能力，可以为我们提供与真实环境非常接近的虚拟环境，”理经的销售经理Takanori Tamura说。“UE4使我们能够模拟下雨时和雨后的路面反光。”
“特定的天气条件，包括太阳的位置，都可以在UE4中再现，”理经的高级工程师Khusinov Jakhongir说。“可以进行现实中很危险的环境下的测试，例如非常陡峭的坡度和湿滑的路面。而且通过UE4可以一年365天日夜无休地进行测试。”
随着汽车模拟行业的需求不断增长，Mechanical Simulation的团队也决心与其一同成长。“目标是为我们的客户提供无缝的体验，”Miller说。“测试工程师可能希望先在阳光明媚的情境下进行车辆机动测试，然后增加下雨来使测试条件更复杂，接着再进行雨夜情境的测试。他应该不需要考虑这些条件如何在视觉上呈现——他只想知道汽车会有什么表现。虚幻引擎具有在视觉上呈现这些情境的能力，能同时满足真人模拟参与者和模拟车辆传感器的需求。”虚幻引擎特别擅长处理复杂的数据集，并将它们转换为实时模拟应用程序来训练人员和机器。要开始这一领域的工作，请下载虚幻引擎。