OpenSCENARIO在ADAS（高级驾驶辅助系统）虚拟仿真测试中具有重要的意义，为开发者提供了一个标准化的描述语言，用于定义和模拟复杂的驾驶场景。通过虚拟测试，自动驾驶和驾驶辅助系统能够在安全、高效、低成本的条件下进行充分的验证与优化，大大加速了技术的成熟，并为系统在真实道路上的应用奠定了坚实基础。OpenSCENARIO标准化场景描述提供了一种通用语言来描述交通场景、车辆行为和驾驶事件等，这有助于统一不同平台和工具之间的通信，使得不同开发团队可以轻松共享和复现仿真场景。本文主要介绍：OpenSCENARIO在DYNA4里的快速使用，OpenSCENARIO里一些常用函数功能介绍，外部OpenSCENARIO文件导入DYNA4运行，以及标准测试场景泛化在Vector工具链里的实现。
OpenSCENARIO场景的快速建立运行
1.
OpenSCENARIO架构组成：
根据ASAM官方发布的OpenSCENARIO文件进行分析，可知OpenSCENARIO的一般架构包含：
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ParameterDarations
>
CatalogLocations
>
RoadNetwork
>
Entities
>
Storyboard
Init
Story
StopTrigger
图1为ASAM官方文件的典型架构示意。按照事件要素来说，其中RoadNetwork表达了在什么路上；Entites表达了有哪些参与对象；Storyboard表达了发生了什么故事，故事的初始状态Init以及故事的历程Story，故事里各历程的触发与结束条件Trigger又是什么。以上组成了OpenSCENARIO的核心内容。因为考虑到存在场景泛化以及场景文件内容复用的需要，又有ParameterDarations和CatalogLocations，这两部分为可选内容。
图1 ASAM官方Demo文件SynchronizedArrivalToIntersection.xosc的架构
2.
OpenSCENARIO基础部分以及在DYNA4里快速运行
如何实现基于某一RoadNetwork路段上，在DYNA4里快速实现最简易的场景仿真呢？可以从以下三个方面组成场景的基础：设置对应的道路RoadNetwork，加入至少一个参数者Entites，以及故事的初始信息Storyboard\Init的设置。这三个简单信息即可实现最简单的场景运行。后续复杂的场景行为都是在此基础上的延展。
图2 构成场景最基础的要素
具体实现可以参考Vector官方视频。新建一个场景，或基于已有的场景进行参数修改。首先选择对应的高清OpenDrive地图文件；然后，按需设置参与者Entitys，参与者可以只有一个也可以是多个。DYNA4的主车可以指定场景文件里任意某一车辆，只需将主车的名称与Entitys里某一参与车辆名称保持一致即可。主车为多体动力学模型，其他的从车为简易动力学模型，主车可以方便切换。最后是参与者初始信息Storyboard\Init的设置。这里需要注意的是，初始位置的信息必须合理，在OpenDrive地图里存在这个点的位置。可以通过打开OpenDRIVE地图来查看确认，例如右击左侧地图文件，然后选择编辑选项，然后鼠标点击需要设置的初始位置，即可显示具体的位置信息，从而确保初始位置的合理性，否则DYNA4里会弹出位置不合理的报错提醒。
图3 通过OpenDRIVE地图查看初始位置
完成以上三步后，一个便捷的OpenSCENARIO场景便可在DYNA4里运行了。对于参与者的初始车速，可以按需进行设置，如缺失默认为零车速。后续的复杂场景都是在此基础上的延伸，主要体现在StoryBorad里各交通参与者之间的交互行为的进一步设置。
3.
OpenSCENARIO常用场景行为表达
对于某一个车辆/参与者的行为，按照平面角度来分，可以分为横向行为和纵向行为；对于多个参与者，会考虑同步行为，例如同时到达所设置的各自的目的地。通用的交通参与者的行为表达主要如下（考虑篇幅，本文仅列出一些常用函数表达）：
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LateralAction横向行为
LaneChangeAction车道切换行为
LaneOffSetAction车道偏移行为
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LongitudinalAction纵向行为
SpeedAction速度行为
LongitudinalDistanceAction纵向距离行为
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SynchronizeAction车辆同步行为
结合下图分析实际场景中的车辆行为：横向方面，通常会考虑参与者是否继续在车道里运行，还是考虑因潜在避障进行车道偏移或换道；纵向方面，主要是速度的调控，或者相对前车车距的保持。这些行为通过上述函数表达几乎可以满足大部分情况。
另一方面，考虑到会车情况，希望在十字路口、交叉分支口等车道进行相汇。SynchronizeAction可以让交通参与者行为自行调节，保证其与主车在指定处进行交汇，对路口交汇或碰撞的工况场景设置有很大益处。
图4 参与者横向行为、纵向行为以及参与者之间的同步行为
在DYNA4里可以通过Insert Element加入所需要的交通参与者的行为表达，如下图所示。
图5 DYNA4里Insert Element加入所需的参与者行为表达
驾驶员模型（Driver）表达：在设置场景时，有时需要让交通参与者严格遵循行为指令，有时也需要交通参与者可以灵活地自动车辆跟随，可以通过Driver.CarFollowing系列函数进行开关选择并设置。不同于从车，主车驾驶模型里有个较为重要的参数Driver.ControlPoint.Mode，可以修改跟随轨迹控制的车辆参考点。例如，在NCAP测试的CTPA车辆行人过弯工况里，待测车辆需要跟随前轴中心的Clothoid Splines回旋曲线，而不是后轴中心或其它位置。这里便需要指定路径跟随时车辆的参考点。驾驶员模型里有很多参数，这里不一一罗列。需注意的是，这些参数可以是缺省的，具体按需选择设置。
图6 驾驶员模型（Driver）表达的参数设置
特殊指定路径（RoutingAction）表达：通常来说，车辆都会保持在当前车道里行驶，如有交叉口则会按照高精地图OpenDrive所连接的车道行驶，通常是直线优先。但对于行人过马路以及自行车横穿马路等，不在某一固定车道内行驶时，则需要指定一条路径，可以采用函数AssignRouteAction或FollowTrajectoryAction来实现。如果是在Storyboard\Init设置的，那么在动画里便可以显示所指定的路径。
图7 指定特殊路径时DYNA4的动画预览显示
以上是一些常见的场景函数的行为。OpenSCENARIO里面也设置了丰富且功能完善的触发和结束条件，整体类似于状态机的形式。受限于篇幅，后续再行介绍。
外部OpenSCENARIO文件导入DYNA4运行
DYNA4除了支持编辑生成OpenSCENARIO文件外，也支持其他第三方工具的导入。对于ASAM官方于2024年3月份发布的OpenSCENARIO新版本1.3，DYNA4可以无缝集成OpenSCENARIO官方Demo进行场景仿真，不需要对文件进行额外修改。
对于不完全符合标准的OpenSCENARIO文件，可能需要一定的修改。下方以RoadRunner导出的OpenSCENARIO场景为例，介绍如何将泊车场景导入到DYNA4。这里泊车场景加入了一些参与者，设置了初始条件，图8中为导入前后的对比。
图8 OpenSCENARIO场景导入前后的对比
1.
导入DYNA4以及快速运行
将RoadRunner导出的文件.xosc和.xodr分别放入DYNA4工程对应的Database\OpenSCENARIO和Database\OpenDRIVE目录下。
然后新建或复用一个场景，选择调用OpenSCENARIO文件（如下图）。注意主车名字应该存在于OpenSCENARIO文件里，例如常见的Ego或其他名字均可。
图9 OpenSCENARIO文件的调用
然后编辑修改OpenSCENARIO文件：修改引用地图的位置，以及StopTrigger下的条件名称不能是空的或名称相同。两处设置完毕后，便可以开始运行。
2.
内容文件完善
如果文件与标准定义存在差异，需要进行一定的细节修改，主要是处理车辆参考点定义不同带来的差异。按照ASAM OpenSCENARIO里面的描述，车辆的参考点是后轴的中心，而导出的是物体几何的中心点。结果是运行时与设计时的初始位置有些偏移。
图10 OpenSCENARIO车辆参考点的定义
将参考点从中心改为后轴中心即可，同时初始位置也需改动（为该两点之间的距离值）。
此外，DYNA4自带车壳与车辆参数的库，在CatlogLocations里加入车辆文件的位置即可。CatlogLocations库的意义在于方便其他场景文件的调用，便于管理和复用。
图11 CatlogLocations库的调用
下图为导出的OpenSCENARIO场景在DYNA4里运行。场景里有不同的元素：静止的物体，按指定轨迹行动的行人，也有默认轨迹的车辆等，总体上可以很好实现预期场景的复现。对于物体的外观，有3D的红色长方体框，也有具有丰富车壳的车辆，主要区别是在OpenScenario\Entity里是否引用DYNA4 的catalog，可以方便地按需切换。
图12 DYNA4中的OpenSCENARIO场景仿真（泊车）
导入的OpenSCENARIO文件可以在DYNA4里进一步地丰富和完善，按照需要增加不同的行为函数表达，以及优化一些行为特征，例如在车辆精细模型下，过弯时车速的目标值优化等，从而让车辆的目标行为表现更合理。
3.
场景的泛化以及批量化测试
为了提升测试的覆盖率和效率，以及提高代码的健壮性和系统的稳定性，通常会对测试的场景文件进行泛化。以NCAP碰撞场景为例，测试场景的泛化可以对目标进行初始速度、位置等参数的泛化。这些参数变量可能是固定的测试参数序列，也可以是随机的参数序列。例如对于ASAM官方提供的场景SlowPrecedingVehicle.xosc泛化的两种文件，分别是固定与随机：
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SlowPrecedingVehicleDeterministicParameterSet.xos
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SlowPrecedingVehicleStochasticParameterSet.xosc
相对于固定序列来说，随机序列的参数是随机的，会按照概率、权重因子等来生成场景。OpenSCENARIO泛化的本质是将文件架构里ParameterDarations的部分，通过泛化文件.xosc进行批量修改，生成新的场景文件库。如下图所示，DYNA4通过内置的Python脚本对OpenSCENARIO测试场景进行泛化，通过选中参数泛化文件.xosc进行自动化的仿真测试。
图13 DYNA4里OpenSCENARIO场景文件的泛化
此外，除了在DYNA4 GUI里进行场景泛化以外，也可以基于vTESTstudio（Python脚本）实现OpenSCENARIO场景文件的泛化测试用例的编写，并通过CANoe进行仿真的测试实现，为用户提供一个标准化描述语言的虚拟场景测试平台，助力自动驾驶和驾驶辅助系统的验证与优化。
END
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