CN106991847B - 基于虚拟现实的防暴乱培训系统及方法 - Google Patents

Abstract

本专利属于虚拟现实技术领域，本发明针对参与者不能感受到培训场景中受到的伤害的技术问题，具体公开了一种基于虚拟现实的防暴乱培训系统，包括：场景采集模块，用于采集实际场景；虚拟暴乱模块，用于在采集到的实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画；姿态感应模块，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度；显示模块，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；刺激模块，用于感应用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位，并对该虚拟受伤部位进行高压瞬时电刺激和液体刺激。本发明还公开了一种基于虚拟现实的防暴乱培训方法。

Description

基于虚拟现实的防暴乱培训系统及方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的防暴乱培训系统及方法。

背景技术

在现代社会，虽然暴乱少有发生，但是并不能因为出现几率小就忽视这方面的训练。通过防暴乱培训，可以提升人民警察在遇到突发事件的应对能力，可以在突发事件发生时，尽可能的保护人民群众的安全。不仅是人民警察，哪怕是一个普通的群众，在经过一定的训练之后，他们在突发事件时，也能具有更大的保证自身和他人的安全的能力。

如果进行实景训练，所需场地、人员要求高，可训练的人数也少，在现有技术中少部分的防火灾训练中心会采用实景训练的方式。

基于这种情况，我们想到了将虚拟现实技术应用到现有的防暴乱培训系统中，经过初步检索后发现，在公开号为CN106409018A的专利文献中，公开了一种基于虚拟现实的防灾培训系统及方法，其主要改进点是将虚拟现实技术应用在防火灾培训中，主要是通过手柄操控角色在三维虚拟环境中执行预设任务，来达到培训的目的。但是这样的方式存在的问题是，参与者并不能感受到在培训场景中受到的伤害，不能增强参与者的自我保护意识。

现在急需一种能够让参与者感受到培训场景中受到的伤害的基于虚拟现实的防暴乱培训系统及方法。

发明内容

本发明针对参与者不能感受到培训场景中受到的伤害的技术问题，提供一种基于虚拟现实的防暴乱培训系统及方法。

本发明提供的基础方案为：基于虚拟现实的防暴乱培训系统，包括：

场景采集模块，用于采集实际场景；

虚拟暴乱模块，用于在采集到的实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画；

姿态感应模块，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度；

显示模块，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；

刺激模块，用于感应用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位，并对该虚拟受伤部位进行高压瞬时电刺激和液体刺激。

本发明的工作原理及优点在于：场景采集模块主要是为了实现实际场景（或者说现实场景、真实场景）的图像采集，虚拟暴乱模块在实际场景的图像上加载虚拟暴乱场景的动画。这样的技术严格来说是属于虚拟现实技术的分支，类似于增强现实或者混合现实的技术，将虚拟的场景、动画加载在现实场景中，让受培训者（用户）可以在真实的场景中运动、行走，执行任务，或者说感受突发情况下的氛围。

姿态感应模块是为了确定用户的观看角度，从而确定加载了虚拟图像的角度，让用户更有沉浸感，显示模块用于将真实场景和虚拟画面混合后的画面共同展示给用户。刺激模块，主要是为了对用户受伤的部位进行适当的电刺激和液体刺激，模拟用户受伤的状态。用户在虚拟场景中受伤的主要原因是进行了一些错误的动作，这样电刺激和液体刺激能够让用户在该处获得更加深刻的记忆。这样用户如果在遇到类似情况，就会注意自我保护，减少受伤。

本发明基于虚拟现实的防暴乱培训系统，有如下两个优点：1、结合显示场景进行训练，用户可在现实场景中运动，在加载了虚拟暴乱场景之后，用户可在现实场景中执行一些虚拟的任务，如到达指定区域躲避，疏散人群，躲避危险等等虚拟的任务，在现实场景中用户的运动能够全身心的投入，与现有技术中仅用手柄操作的方式，现实感更强。2、是设计了刺激模块，对用户在虚拟暴乱环境中的虚拟受伤部位进行电刺激，即对该用户身体的实际部位进行刺激，加强用户在培训中受伤的记忆，让用户如果真的遇见这类突发情况情况时，能够进行自我保护。

进一步，还包括头盔，所述场景采集模块为两个摄像头，两个摄像头分别采集用户左眼和右眼视角的画面，所述显示模块分别向用户展示左眼和右眼两个视角的画面，所述场景采集模块和显示模块均固定在头盔上。这样的设计是为了采集后便于计算，采集到较为真实的图像。

进一步，所述虚拟暴乱模块中加载虚拟暴乱场景的动画为事故的发展过程。让用户完整的经历整个暴乱场景，从而提升用户的心理承受能力，避免真的遇见这类情况时，惊慌失措。

进一步，刺激模块中对于用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位的判定，是用户与虚拟暴乱场景的画面接触的部分。解释说明一下，采集模块可以采集用户在实际场景中的状态，在实际场景中又增加了虚拟暴乱动画，如果采集模块采集到的用户状态与虚拟暴乱动画有接触，则可以初略的判断，用户被虚拟暴乱动画挤压到了，所以判定为受伤，这是为了更加真实。

进一步，所述姿态感应模块固定在头盔上。这样的设计是为了准确的获得用户的视角。

进一步，所述刺激模块包括感应模块和执行模块，所述感应模块用于感应用户在虚拟暴乱场景中的受伤部位，所述执行模块包括外膜和高压脉冲发生器，外膜上均匀设置有液囊，液囊的开口处设有用于将液囊密封的簧片，液囊的底部设有用于将簧片吸附的电磁铁，各个电磁铁分别与感应模块电连接，所述高压脉冲发生器分别与感应模块和电磁铁电连接。在正常使用时，执行模块中的液囊是处于封闭的状态，液囊内的液体能够起到非常好的保护作用，让用户在培训时，即便是惊慌失措的跌倒了，也不至于会真正的受伤。当感应模块判断用户受伤之后，该区域的液囊内的电磁铁会工作，将簧片向液囊的底部吸，液囊内的液体从液囊内流出，此时高压脉冲发生器会工作，产生瞬时高压，类似于打火机中的电子点火器，电压会从电磁铁上击穿空气与簧片接触，簧片也较为贴近皮肤，电流又会击穿簧片与皮肤之间的空气，最终对皮肤进行电刺激。此时皮肤会感受到瞬时的刺激性疼痛和液体从皮肤上流过的刺激，模拟受伤、流血的感觉，达到加强用户记忆的目的。

基于虚拟现实的防暴乱培训方法，包括如下步骤：

场景采集步骤，采集实际场景；

虚拟暴乱步骤，在实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画；

姿态感应步骤，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度；

显示步骤，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；

刺激步骤，用于感应用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位，并对该虚拟受伤部位进行高压瞬时电刺激和液体刺激。

本方法具有如下优点：用户可在现实场景中运动，在加载了虚拟暴乱场景之后，用户可在现实场景中执行一些虚拟的任务，如到达指定区域躲避，疏散人群，躲避危险等等虚拟的任务，在现实场景中用户的运动能够全身心的投入，与现有技术中仅用手柄操作的方式，沉浸感更强。刺激模块，对用户在虚拟暴乱环境中的虚拟受伤部位进行电刺激，即对该用户身体的实际部位进行刺激，加强用户在培训中受伤的记忆，让用户如果真的遇见这类突发情况情况时，能够进行自我保护。

进一步，所述虚拟暴乱步骤中加载虚拟暴乱场景的动画为事故的发展过程。

附图说明

图1是本发明基于虚拟现实的防暴乱培训系统实施例中头盔的正视图；

图2是本发明基于虚拟现实的防暴乱培训系统实施例中头盔的侧视图；

图3是本发明基于虚拟现实的防暴乱培训系统实施例中执行模块整体的结构示意图；

图4是本发明基于虚拟现实的防暴乱培训系统实施例中执行模块局部的侧剖图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：摄像头10、姿态感应模块20、显示模块30、头盔11、刺激模块40、液囊41、簧片42、电磁铁43。

实施例1

基于虚拟现实的防暴乱培训方法，包括如下步骤：

场景采集步骤，采集实际场景；

虚拟暴乱步骤，在采集到的实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画；

姿态感应步骤，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度；

显示步骤，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；

刺激步骤，用于感应用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位，并对该虚拟受伤部位进行高压瞬时电刺激和液体刺激。

在具体应用时：

为实现上述方法，本实施例还提供了基于虚拟现实的防暴乱培训系统（如图1、图2所示），该系统包括：

场景采集模块，用于采集实际场景，采用的两个摄像头10，分别对以用户左眼和右眼的视角采集图像；

虚拟暴乱模块，用于在采集到的实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画（这里需要明确的解释说明一下，在采集到的实际场景也需要通过显示模块显示出来，在显示模块显示之间，采集到的实际场景还是以画面或者说视频的形式存在的，在这个基础上加载虚拟暴乱场景的动画，就是让动画加载到采集到的实际场景中，然后通过显示模块一起显示出来），所述虚拟暴乱模块中加载虚拟暴乱场景的动画为事故的发展过程。

姿态感应模块20，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度。姿态感应模块20可以采用陀螺仪和加速度传感器实现。

显示模块30，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；

头盔11，所述场景采集模块的两个摄像头10和显示模块30均固定在头盔11上。这样的设计是为了采集便于计算，采集到较为真实的图像，所述姿态感应模块20，固定在头盔11上。

刺激模块40（如图3、图4所示），刺激模块40包括感应模块和执行模块，所述感应模块用于感应用户在虚拟暴乱场景中的受伤部位，所述执行模块包括外膜和高压脉冲发生器，外膜上均匀设置有液囊41，液囊41的开口处设有用于将液囊41密封的簧片42，液囊41的底部设有用于将簧片42吸附的电磁铁43，所有电磁铁43分别与感应模块电连接，所述高压脉冲发生器分别与感应模块和电磁铁43电连接，所述执行模块接收到感应模块感应到的受伤部位信息，让该处的电磁铁43开始工作。

在一些其他的实施例中，场景采集模块可以设置在显示模块30内，两个模块合并为一个倾斜的玻璃，虚拟暴乱模块将虚拟的图像投影到玻璃上，用户透过玻璃看实际场景时，能够看到叠加的景象，玻璃可以是透明的也可以是墨镜的镜片，成本低廉，但是效果也一般。但是能够大范围使用，设置成头盔11形状或者类似现在的VR眼镜盒的形状即可。刺激模块40的形状可以设计成类似防护衣或者披风的样子，能够对直接接触到用户的皮肤，在必要的时候对用户进行刺激即可。

高压脉冲发生器选用电子打火机中的电子点火器即可，既不会伤人又有较强的刺激。液囊41的材质选用气球即可。簧片42的四周可以加点弹性的塑胶，增强密封性。

实施例2

与实施例1相比，不同之处仅在于，刺激模块40中对于用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位的判定，是用户与虚拟暴乱场景的画面接触的部分。这是为了更加真实。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.基于虚拟现实的防暴乱培训系统，其特征在于，包括：

场景采集模块，用于采集实际场景；

虚拟暴乱模块，用于在采集到的实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画；

姿态感应模块，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度；

显示模块，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；

刺激模块，用于感应用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位，并对该虚拟受伤部位进行高压瞬时电刺激和液体刺激；

其中，所述刺激模块包括感应模块和执行模块，所述感应模块用于感应用户在虚拟暴乱场景中的受伤部位，所述执行模块包括外膜和高压脉冲发生器，外膜上均匀设置有液囊，液囊的开口处设有用于将液囊密封的簧片，液囊的底部设有用于将簧片吸附的电磁铁，各个电磁铁分别与感应模块电连接，所述高压脉冲发生器分别与感应模块和电磁铁电连接。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的防暴乱培训系统，其特征在于，还包括头盔，所述场景采集模块为两个摄像头，两个摄像头分别采集用户左眼和右眼视角的画面，所述显示模块分别向用户展示左眼和右眼两个视角的画面，所述场景采集模块和显示模块均固定在头盔上。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的防暴乱培训系统，其特征在于，所述虚拟暴乱模块中加载虚拟暴乱场景的动画为事故的发展过程。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的防暴乱培训系统，其特征在于，刺激模块中对于用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位的判定，是用户与虚拟暴乱场景的画面接触的部分。

5.根据权利要求2所述的基于虚拟现实的防暴乱培训系统，其特征在于，所述姿态感应模块，固定在头盔上。

6.基于虚拟现实的防暴乱培训方法，其特征在于，包括如下步骤：

场景采集步骤，采集实际场景；

虚拟暴乱步骤，在实际场景中加载虚拟暴乱场景的动画；

姿态感应步骤，用于根据用户在实际场景中的视角调整虚拟暴乱场景的显示角度；

显示步骤，用于显示实际场景和虚拟暴乱场景的混合动画；

刺激步骤，用于感应用户在虚拟暴乱场景中的虚拟受伤部位，并对该虚拟受伤部位进行高压瞬时电刺激和液体刺激；

其中所述刺激步骤依靠刺激模块完成，所述刺激模块包括感应模块和执行模块，所述感应模块用于感应用户在虚拟暴乱场景中的受伤部位，所述执行模块包括外膜和高压脉冲发生器，外膜上均匀设置有液囊，液囊的开口处设有用于将液囊密封的簧片，液囊的底部设有用于将簧片吸附的电磁铁，各个电磁铁分别与感应模块电连接，所述高压脉冲发生器分别与感应模块和电磁铁电连接；当感应模块判断用户受伤之后，该区域的液囊内的电磁铁会工作，将簧片向液囊的底部吸，液囊内的液体从液囊内流出，此时高压脉冲发生器会工作，产生瞬时高压，电压会从电磁铁上击穿空气与簧片接触，簧片也较为贴近皮肤，电流又会击穿簧片与皮肤之间的空气，最终对皮肤进行电刺激。

7.根据权利要求6所述的基于虚拟现实的防暴乱培训方法，其特征在于，所述虚拟暴乱步骤中加载虚拟暴乱场景的动画为事故的发展过程。