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# 汽车数字孪生系统
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主控程序和Unity数据交互协议文档
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# 一、系统交互
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系统由两台独立主机组成：
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• 主控程序（负责传感器数据采集、系统控制、数据记录存储等）
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• Unity数字孪生（负责三维场景渲染、运动计算、视频录制）
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数据流向：
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| **数据类型** | **方向** | **频率** | **说明** |
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| InitConfig | 主控 → Unity | 1次/任务 | 初始化车辆、驾驶员、场景配置 |
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| Command | 主控 → Unity | 低频 | 开始/停止/暂停等控制指令 |
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| DriveData | 主控 → Unity | 50Hz | 传感器数据驱动虚拟车运动 |
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| FrameRecord | Unity → 主控 | 50Hz | 车辆位置记录用于回放 |
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| Status | Unity → 主控 | 按需 | Unity运行状态反馈 |
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# 二、InitConfig - 初始化配置
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方向：主控 → Unity
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频率：任务开始时发送 1 次
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用途：配置车辆信息、驾驶员信息、场景参数、录制设置
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{
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"msgType": "init", // 消息类型：初始化配置
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"timestamp": 1737388800000, // 发送时间戳
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"session": { // ===== 会话信息 =====
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"sessionId": "sess\_20250120\_143000\_001", // 会话唯一ID
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"taskId": "task\_brake\_001", // 任务ID
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"taskName": "紧急制动测试", // 任务名称（显示用）
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"createTime": "2025-01-20 14:30:00", // 创建时间（可读格式）
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"syncTimestamp": 1737388800000 // 同步基准时间戳（数据/视频对齐用）
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},
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"driver": { // ===== 驾驶员信息 =====
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"driverId": "D20250001", // 驾驶员编号
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"name": "张三", // 驾驶员姓名
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"department": "培训一部", // 所属部门
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"level": "初级学员", // 学员等级/身份
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"avatar": "" // 头像URL（或预制）
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},
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"vehicle": { // ===== 车辆配置 =====
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"vehicleId": "V003", // 车辆编号
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"model": "改装教学车A型", // 车型名称
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"plateNo": "沪A·12345", // 车牌号
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"color": "#FFFFFF", // 车身颜色（十六进制）
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"colorName": "珍珠白" // 颜色名称（显示用）
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},
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"scene": { // ===== 场景配置 =====
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"sceneId": "scene\_03", // 场景ID
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"sceneName": "城市道路", // 场景名称
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"sceneFile": "CityRoad", // Unity场景文件名
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"weather": "sunny", // 天气：sunny/rain/fog/night
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"spawnPoint": "SpawnPoint\_A", // 出生点预制体名称
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"hasGpsMapping": true // 该场景是否有GPS坐标映射
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},
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"recording": { // ===== 录制设置 =====
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"enabled": true, // 是否启用录制
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"recordId": "rec\_20250120\_143000\_001", // 录制ID（与视频文件关联）
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"frameRate": 50, // 数据录制帧率
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"videoFrameRate": 30, // 视频录制帧率
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"videoResolution": "1280x720" // 视频分辨率
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},
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"vehicleParams": { // ===== 车辆物理参数 =====
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"wheelRadius": 0.32, // 轮胎半径（米）
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"steeringRatio": 15.5, // 方向盘转向比
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"wheelbase": 2.68 // 轴距（米）
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}
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}
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# 三、Command - 控制指令
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方向：主控 → Unity
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频率：低频，人工触发时发送
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用途：系统控制、模式切换、回放控制、相机和UI控制
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{
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"msgType": "command", // 消息类型：控制指令
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"timestamp": 1737388800000, // 发送时间戳
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"seqId": 1, // 指令序列号（递增）
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"action": "start", // ===== 主动作 =====
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// start - 开始任务
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// stop - 停止任务
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// pause - 暂停
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// resume - 恢复
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// reset - 重置到起点
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// emergency\_stop - 紧急制动
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"mode": { // ===== 模式设置（可选）=====
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"type": "realtime", // realtime - 实时驱动模式
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// playback - 回放模式
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// standby - 待机模式
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"playbackId": null // 回放模式时指定录制ID
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},
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"playback": { // ===== 回放控制（回放模式有效）=====
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"action": "play", // play/pause/seek/setSpeed
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"seekFrame": 0, // 跳转到指定帧号
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"seekTime": 0.0, // 跳转到指定时间（秒）
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"playSpeed": 1.0 // 播放速度倍率
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},
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"camera": { // ===== 相机控制（可选）=====
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"viewMode": "chase", // driver - 驾驶员视角
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// chase - 追尾视角
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"fov": 60 // 视野角度
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},
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"ui": { // ===== UI控制（暂定，根据UI调整）=====
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"showDashboard": true, // 显示仪表盘
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"showTelemetry": true, // 显示遥测数据面板
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"showTrajectory": false, // 显示行驶轨迹线
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"showMinimap": true // 显示小地图
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}
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}
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# 四、DriveData - 实时驱动数据
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方向：主控 → Unity
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频率：50Hz（每 20ms 一帧）
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用途：传感器数据驱动Unity虚拟车辆运动
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{
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"msgType": "drive", // 消息类型：驱动数据
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"ts": 1737388800123, // 时间戳（毫秒）
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"seq": 50001, // 帧序列号（递增，丢帧检测用）
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// ==================== 运动控制核心 ====================
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"speed": 45.6, // 车速（km/h）
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"steer": 12.5, // 方向盘角度（度）左负右正
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"wheelRpm": { // 各轮转速（rpm）
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"fl": 650.0, // 左前轮 Front-Left
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"fr": 652.0, // 右前轮 Front-Right
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"rl": 648.0, // 左后轮 Rear-Left
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"rr": 649.0 // 右后轮 Rear-Right
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},
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// ==================== 踏板状态 ====================
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"throttle": 0.35, // 油门/电门开度 0.0~1.0
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"brake": 0.0, // 刹车开度 0.0~1.0
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"handbrake": 0.0, // 手刹开度 0.0~1.0
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// ==================== 传动系统 ====================
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"gear": 3, // 挡位：-1倒挡/0空挡/1~N前进挡
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"engine": { // 发动机/电机数据（可选）
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"rpm": 2800, // 转速（rpm）（可选）
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"torque": 180.5 // 输出扭矩（N·m）（可选）
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},
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// ==================== IMU数据（可选）====================
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"imu": { // 惯性测量单元
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"ax": 0.15, // X轴加速度（m/s²）纵向
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"ay": -0.02, // Y轴加速度（m/s²）垂直
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"az": 0.05, // Z轴加速度（m/s²）横向
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"gx": 0.01, // X轴角速度（rad/s）俯仰
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"gy": 0.005, // Y轴角速度（rad/s）横滚
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"gz": 0.12 // Z轴角速度（rad/s）偏航
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},
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// ==================== 车灯状态 ====================
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"lights": { // 车灯
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"head": 1, // 大灯：0关/1近光/2远光
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"turn": 0, // 转向灯：0关/1左/2右/3双闪
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"brake": false, // 刹车灯
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"reverse": false, // 倒车灯
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"fog": false // 雾灯
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},
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// ==================== 其他状态 ====================
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"misc": { // 其他
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"horn": false, // 喇叭
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"wiper": 0, // 雨刷：0关/1低速/2高速
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"seatbelt": true // 安全带是否系好
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}
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}
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# 五、FrameRecord - 帧记录数据
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方向：Unity → 主控
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频率：50Hz（每 20ms 一帧）
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用途：记录Unity计算的车辆绝对位置，用于精确回放
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{
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"msgType": "frame", // 消息类型：帧记录
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"ts": 1737388800123, // 时间戳（毫秒）
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"seq": 50001, // 帧序列号（与DriveData对应）
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||
"elapsed": 100.02, // 相对任务开始的时间（秒）
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||
// ==================== 车辆位置（Unity世界坐标）====================
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"pos": { // 位置
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"x": 1250.35, // X坐标（米）
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"y": 0.42, // Y坐标/高度（米）
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"z": 3560.78 // Z坐标（米）
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},
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// ==================== 车辆旋转 ====================
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"rot": { // 旋转（四元数）程序用
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"x": 0.0,
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"y": 0.383,
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"z": 0.0,
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"w": 0.924
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},
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"euler": { // 旋转（欧拉角，度）便于查看
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"pitch": 0.5, // 俯仰角（抬头为正）
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"yaw": 45.2, // 偏航角/航向（顺时针为正）
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"roll": -0.1 // 横滚角（右倾为正）
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},
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// ==================== 速度向量 ====================
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||
"vel": { // 速度
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"x": 32.1, // X方向速度（m/s）
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"y": 0.0, // Y方向速度（m/s）
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"z": 31.8, // Z方向速度（m/s）
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|
||
"speed": 45.2 // 合速度（km/h）
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},
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// ==================== 车轮状态（视觉还原用）====================
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"wheels": { // 车轮
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"steerAngle": 12.5, // 前轮实际转向角（度）
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"fl": { // 左前轮
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"rot": 1250.6, // 累计旋转角度（度）
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"susp": 0.05 // 悬挂压缩量（米）
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||
},
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"fr": { // 右前轮
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||
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||
"rot": 1252.1,
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||
|
||
"susp": 0.04
|
||
|
||
},
|
||
|
||
"rl": { // 左后轮
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|
||
"rot": 1248.3,
|
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|
||
"susp": 0.03
|
||
|
||
},
|
||
|
||
"rr": { // 右后轮
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||
|
||
"rot": 1249.0,
|
||
|
||
"susp": 0.03
|
||
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||
}
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|
||
},
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// ==================== 视觉状态 ====================
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"visual": { // 视觉状态
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"gear": 3, // 挡位显示
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"steerWheel": 45.0, // 方向盘角度（内饰视角用）
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"speedometer": 45.6, // 速度表读数
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"tachometer": 2800, // 转速表读数
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"lights": { // 车灯状态
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"head": 1,
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"turn": 0,
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||
"brake": false,
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||
"reverse": false
|
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||
}
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},
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// ==================== GPS显示数据（学校场景用） ====================
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"gps": { // GPS坐标（从Unity坐标换算）
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"valid": true, // 该场景是否有GPS映射
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"lat": 31.230416, // 纬度
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"lng": 121.473701, // 经度
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"alt": 4.5, // 海拔（米）
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||
"heading": 45.2 // GPS航向（度）
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}
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||
}
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# 六、Status - Unity状态反馈
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方向：Unity → 主控
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频率：状态变化时发送，或主控查询时响应
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用途：反馈Unity运行状态、性能指标、错误信息
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{
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||
"msgType": "status", // 消息类型：状态反馈
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"ts": 1737388800000, // 时间戳
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||
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||
"state": "running", // ===== Unity当前状态 =====
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// loading - 加载场景中
|
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// ready - 就绪，等待开始
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// running - 任务运行中
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// paused - 已暂停
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// stopped - 已停止
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// playback - 回放中
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||
// error - 出错
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||
"scene": { // ===== 场景状态 =====
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||
"loaded": true, // 场景是否加载完成
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||
|
||
"sceneId": "scene\_03", // 当前场景ID
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||
|
||
"spawnPointFound": true // 出生点预制体是否找到
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||
|
||
},
|
||
|
||
"recording": { // ===== 录制状态 =====
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||
|
||
"isRecording": true, // 是否正在录制
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||
|
||
"recordId": "rec\_20250120\_143000\_001", // 当前录制ID
|
||
|
||
"frameCount": 15000, // 已录制帧数
|
||
|
||
"duration": 300.0 // 已录制时长（秒）
|
||
|
||
},
|
||
|
||
"performance": { // ===== 性能指标 =====
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||
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||
"fps": 58, // 当前帧率
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||
|
||
"renderTime": 12.5, // 渲染耗时（ms）
|
||
|
||
"physicsTime": 2.3, // 物理计算耗时（ms）
|
||
|
||
"encodeTime": 8.2 // 视频编码耗时（ms）
|
||
|
||
},
|
||
|
||
"connection": { // ===== 连接状态 =====
|
||
|
||
"lastDriveDataSeq": 50001, // 最后收到的DriveData序列号
|
||
|
||
"lastDriveDataTime": 1737388800123, // 最后收到DriveData的时间
|
||
|
||
"dataLossCount": 0 // 累计丢帧数
|
||
|
||
},
|
||
|
||
"error": { // ===== 错误信息 =====
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||
|
||
"code": 0, // 错误码：0表示无错误
|
||
|
||
"message": "" // 错误描述
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||
|
||
}
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||
|
||
}
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# 状态汇总：
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## 车灯状态
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| | | |
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| --- | --- | --- |
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| **字段** | **值** | **说明** |
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| head | 0 / 1 / 2 | 大灯：关 / 近光 / 远光 |
|
||
| turn | 0 / 1 / 2 / 3 | 转向灯：关 / 左 / 右 / 双闪 |
|
||
| wiper | 0 / 1 / 2 | 雨刷：关 / 低速 / 高速 |
|
||
| gear | -1 / 0 / 1~N | 挡位：倒挡 / 空挡(N/P) / 前进挡 |
|
||
|
||
## Unity状态
|
||
|
||
| | |
|
||
| --- | --- |
|
||
| **state值** | **说明** |
|
||
| loading | 加载场景中 |
|
||
| ready | 就绪，等待开始指令 |
|
||
| running | 任务运行中（实时模式） |
|
||
| paused | 已暂停 |
|
||
| stopped | 已停止 |
|
||
| playback | 回放模式运行中 |
|
||
| error | 发生错误 |
|
||
|
||
## 天气
|
||
|
||
| | |
|
||
| --- | --- |
|
||
| **weather值** | **说明** |
|
||
| sunny | 晴天 |
|
||
| rain | 雨天 |
|
||
| fog | 雾天 |
|
||
| night | 夜间 | |