CN107038925B - 基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统 - Google Patents
基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，包括虚拟现实装置、数据采集单元、场景构建单元和控制中心；虚拟现实装置包括底座、支柱和横臂，横臂上固定装置，固定装置包括固定台、固定杆和固定绑带；固定台内、且与底座所在平面垂直的方向上设有通孔和限位孔；固定杆的长轴方向一端设有固定绑带、另一端穿过通孔插入限位孔内，固定杆插入限位孔的端部设有限位块，限位块的侧壁与限位孔内壁间隙配合，固定杆的侧壁与通孔内壁间隙配合，且在固定杆上插入限位孔的杆段上套设有压簧动；本发明能够真实的模拟火灾现场逃生场景，且结构简单，固定装置轻便，给人较为灵活、真实的体验。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，具体涉及基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统。
背景技术
虚拟现实技术是利用计算机模拟产生一个三维的虚拟世界，为使用者提供视觉、听觉、触觉等感官上的模拟，让使用者产生身临其境的感受，可以实时地观察虚拟世界内的事物，并与之进行交互。目前，虚拟现实技术的应用范围非常广泛，且随着技术与科技的发展，虚拟现实技术越来越成熟，开始不如普通人们的生活，如虚拟现实眼镜、虚拟现实跑步机和虚拟现实座椅等。
火灾逃生的相关问题无论在实际应用还是学术研究领域，都很难解决。在实际应用中，对人员消防技能的培训通常采用消防演习的方法，需要耗费较高的人力、物力成本，同时很难为人们呈现类似火灾逃生的场景；在学术研究领域，火灾逃生中人的行为研究一直困扰着很多学者，出于安全考虑，研究人员不能将人置于真实的火灾场景中开展实验研究，因此研究手段受到很大限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有火灾逃生演练需要耗费较高的人力、物力成本，且真实性较差，演练效果较差，目的在于提供基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，能够真实的模拟火灾现场逃生场景，且结构简单，固定装置轻便，给人较为灵活、真实的体验。
本发明通过下述技术方案实现：
基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，包括虚拟现实装置、数据采集单元、场景构建单元和控制中心；
所述虚拟现实装置，包括底座、支柱和横臂，所述底座上设有活动台，所述横臂上固定装置，所述固定装置包括固定台、固定杆和固定绑带；所述固定台内、且与底座所在平面垂直的方向上由外到内依次设有通孔和限位孔，限位孔的孔径大于通孔的孔径；固定杆的长轴方向一端设有固定绑带、另一端穿过通孔插入限位孔内，固定杆插入限位孔的端部设有限位块，所述限位块的侧壁与限位孔内壁间隙配合，固定杆的侧壁与通孔内壁间隙配合，且在固定杆上插入限位孔的杆段上套设有压簧，且压簧开设在限位孔内的限位块和通孔之间，未使用固定装置时，压簧仅承受固定杆、固定绑带和限位块的重力处于自然伸长状态，所述固定绑带用于绑扎固定在用户腰部；用户置于所述虚拟现实装置上并控制自身在虚拟火灾场景中的运动；
所述数据采集单元，用于采集用户的运动信息，并将所述运动信息传送至控制中心；
所述场景构建单元，用于构建预定场所的所述虚拟火灾场景，并采用头戴式显示器呈现虚拟火灾场景；
所述控制中心，用于根据所述运动信息判断用户的逃生行为、并根据所述逃生行为渲染用户在所述预定场所中的逃生场景。
本发明 提供的固定装置用于对为人体提供保护作用，由于限位块与限位孔间隙配合连接、固定杆和通孔间隙配合连接，因此当用户在朝不同方向转动时，固定绑带随人体同时转动，依次带动固定杆和限位块转动，体验感非常灵活；此外，由于限位块和通孔之间设有压簧，人体在做下蹲或跳跃运动时，固定绑带随人体同时上移或下移，依次带动固定杆和限位块上移或下移，压缩或拉伸压簧，因此人体在做下蹲或跳跃运动时，固定杆和限位块随之进行上移或下移，避免对用户体验造成干扰或对用户人体造成负担。
优选地，所述固定绑带通过缓冲带设于固定杆上，所述缓冲带采用泡沫棒。
缓冲带可允许人体倾斜等提供缓冲作用，防止固定杆不灵活带来不适感。可优先采用硬质泡沫棒，既避免缓冲带变形减弱固定装置本身的保护作用或者降低检测的准确性，同时还能提供一定的缓冲作用。
优选地于，所述支柱采用中空管状结构，且支柱的侧壁上开设有与内部空腔连通的滑槽，所述滑槽沿支柱的轴向伸展；所述支柱的内部空腔内设有丝杆，所述丝杆的轴心线与支柱的轴心线平行或重合，丝杆上设有螺母副，螺母副上设有工作杆，所述工作杆穿过滑槽凸出支柱的侧壁，且工作杆凸出支柱侧壁部分固定设有滑套，所述滑套套设在支柱上、且横臂固定在滑套上；由电机驱动丝杆转动，带动螺母副沿丝杆滑动，从而依次带动工作杆沿滑槽滑动、滑套和横臂沿支柱轴向滑动。
使用时，用户只需要控制开关启动电机，电机驱动丝杆转动，从而将动力通过螺母副、工作杆、滑套传递至横臂，带动横臂和横臂上的固定装置沿支柱上移或下移，可方便用户依据个人身高、下蹲幅度等设置固定装置的高度。
优选地，所述运动信息包括运动速度、运动方向、人体加速度数据和人体姿态数据。
优选地，所述数据采集单元包括测速传感器、方位角度传感器和加速度传感器。
优选地，所述场景构建单元还用于仿真虚拟火灾场景的声音，并通过所述控制中心依据人体运动信息实时调整所述仿真虚拟火灾场景的声音。
优选地，所述数据采集单元还包括心率传感器和体温传感器，数据采集单元用于实时采集并向控制中心人体生理特征数据，所述控制中心判断人体生理特征数据是否大于或小于设定阈值，若用户的人体生理特征数据大于或小于设定阈值，则控制中心远程控制关闭头戴显示器。
优选地，所述支柱上还设有显示器和智能触屏输入模块，所述显示器用于显示火灾模式，智能触屏输入模块用于选择所显示的火灾模式。
优选地，所述火灾模式包括火灾发生的空间位置、用户所处空间位置、用户察觉起火时间、火灾程度和火灾现场人数。
本发明提供了一种基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，通过整个模拟系统和虚拟现实装置给用户提供了真实感的虚拟场景，能够真实的模拟火灾现场逃生场景，且虚拟装置结构简单，给人较为灵活、真实的体验，有利于降低火灾演练成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明虚拟现实装置结构示意图；
图3为本发明固定装置截面结构示意图；
图4为本发明立柱截面结构示意图；
图5为本发明立柱结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：101-底座，102-支柱，103-横臂，104-活动台，105-固定台，106-固定杆，107-固定绑带，108-通孔，109-限位孔，110-限位块，111-压簧，112-缓冲带，113-滑槽，114-丝杆，115-螺母副，116-工作杆，117-滑套，118-电机，2-连接臂，2- 数据采集单元，21-测速传感器，22-方位角度传感器，23-加速度传感器，24-心率传感器，25- 体温传感器，3-场景构建单元，4-控制中心，5-显示器，6-智能触屏输入模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，包括虚拟现实装置、数据采集单元2、场景构建单元3和控制中心4；
所述虚拟现实装置，包括圆盘底座101、支柱102和横臂103，底座101上设有活动台104。横臂103上固定装置，所述固定装置包括圆柱形固定台105、固定杆106和固定绑带107。固定台105内、且与底座101所在平面垂直的方向上由外到内依次设有通孔108和限位孔109，限位孔109的孔径大于通孔108的孔径；固定杆106的长轴方向一端设有固定绑带107、另一端穿过通孔108插入限位孔09内，固定杆106插入限位孔109的端部设有限位块110，限位块10的侧壁与限位孔109内壁间隙配合，固定杆106的侧壁与通孔108内壁间隙配合，且在固定杆106上插入限位孔109的杆段上套设有压簧111，且压簧111开设在限位孔109内的限位块110和通孔108之间，未使用固定装置时，压簧111仅承受固定杆106、固定绑带107 和限位块110的重力处于自然伸长状态，固定绑带107用于绑扎固定在用户腰部。限位块110 和固定杆106均可设为中空结构、且采用采用轻质不锈钢材料；用户置于所述虚拟现实装置上并控制自身在虚拟火灾场景中的运动；
所述数据采集单元2，用于采集用户的运动信息，并将所述运动信息传送至控制中心；
所述场景构建单元3，用于构建预定场所的所述虚拟火灾场景，并采用头戴式显示器呈现虚拟火灾场景；
所述控制中心4，用于根据所述运动信息判断用户的逃生行为、并根据所述逃生行为渲染用户在所述预定场所中的逃生场景。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进，所述固定绑带107通过缓冲带112设于固定杆106上，所述缓冲带112采用泡沫棒。
实施例3
在实施例2的基础上进一步改进，所述支柱102采用中空管状结构，且支柱102的侧壁上开设有与内部空腔连通的滑槽113，所述滑槽113沿支柱102的轴向伸展；所述支柱102的内部空腔内设有丝杆114，所述丝杆114的轴心线与支柱102的轴心线平行或重合，丝杆114上设有螺母副115，螺母副115上设有工作杆116，所述工作杆116穿过滑槽113凸出支柱102的侧壁，且工作杆116凸出支柱102侧壁部分固定设有滑套117，所述滑套117套设在支柱102上、且横臂103固定在滑套117上；由电机驱动丝杆114转动，带动螺母副115沿丝杆114滑动，从而依次带动工作杆116沿滑槽113滑动、滑套117和横臂103沿支柱102 轴向滑动。
实施例4
在实施例3的基础上进一步改进，所述运动信息包括运动速度、运动方向、人体加速度数据和人体姿态数据。所述数据采集单元2包括测速传感器21、方位角度传感器22和加速度传感器23，测速传感器21安装于活动台104上，方位角度传感器22安装于限位块110上，加速度传感器23佩戴于用户胸前，用于获取用户前进或后退的运动状态以及上跳、下蹲、跌倒、快跑或慢跑等人体姿态数据。所述场景构建单元3还用于仿真虚拟火灾场景的声音，并通过所述控制中心4依据人体运动信息实时调整所述仿真虚拟火灾场景的声音，。
实施例5
在实施例4的基础上进一步改进，所述数据采集单元2还包括心率传感器24和体温传感器25，数据采集单元2用于实时采集并向控制中心4人体生理特征数据，所述控制中心4判断人体生理特征数据是否大于或小于设定阈值，若用户的人体生理特征数据大于或小于设定阈值，则控制中心4远程控制关闭头戴显示器。当用户沉浸在虚拟的火灾场景中时，由于体验较为真实，用户有时会产生生理反应如心跳加剧、出汗、体温升高或降低，尤其是对于体质和心理素质较差的用户，采用这种智能化急停的方案，有利于保障用户身心安全。
实施例6
在实施例5的基础上进一步改进，所述支柱102上还设有显示器5和智能触屏输入模块 6，所述显示器5用于显示火灾模式，智能触屏输入模块6用于选择所显示的火灾模式。所述火灾模式包括火灾发生的空间位置、用户所处空间位置、用户察觉起火时间、火灾程度和火灾现场人数。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，包括虚拟现实装置、数据采集单元(2)、场景构建单元(3)和控制中心(4)；
所述虚拟现实装置，包括底座(101)、支柱(102)和横臂(103)，所述底座(101)上设有活动台(104)，其特征在于，所述横臂(103)上固定装置，所述固定装置包括固定台(105)、固定杆(106)和固定绑带(107)；所述固定台(105)内、且与底座(101)所在平面垂直的方向上由外到内依次设有通孔(108)和限位孔(109)，限位孔(109)的孔径大于通孔(108)的孔径；固定杆(106)的长轴方向一端设有固定绑带(107)、另一端穿过通孔(108)插入限位孔(109)内，固定杆(106)插入限位孔(109)的端部设有限位块(110)，所述限位块(110)的侧壁与限位孔(109)内壁间隙配合，固定杆(106)的侧壁与通孔(108)内壁间隙配合，且在固定杆(106)上插入限位孔(109)的杆段上套设有压簧(111)，且压簧(111)开设在限位孔(109)内的限位块(110)和通孔(108)之间，未使用固定装置时，压簧(111)仅承受固定杆(106)、固定绑带(107)和限位块(110)的重力处于自然伸长状态，所述固定绑带(107)用于绑扎固定在用户腰部；用户置于所述虚拟现实装置上并控制自身在虚拟火灾场景中的运动；
所述数据采集单元(2)，用于采集用户的运动信息，并将所述运动信息传送至控制中心；
所述场景构建单元(3)，用于构建预定场所的所述虚拟火灾场景，并采用头戴式显示器呈现虚拟火灾场景；
所述控制中心(4)，用于根据所述运动信息判断用户的逃生行为、并根据所述逃生行为渲染用户在所述预定场所中的逃生场景。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述固定绑带(107)通过缓冲带(112)设于固定杆(106)上，所述缓冲带(112)采用泡沫棒。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述支柱(102)采用中空管状结构，且支柱(102)的侧壁上开设有与内部空腔连通的滑槽(113)，所述滑槽(113)沿支柱(102)的轴向伸展；所述支柱(102)的内部空腔内设有丝杆(114)，所述丝杆(114)的轴心线与支柱(102)的轴心线平行或重合，丝杆(114)上设有螺母副(115)，螺母副(115)上设有工作杆(116)，所述工作杆(116)穿过滑槽(113)凸出支柱(102)的侧壁，且工作杆(116)凸出支柱(102)侧壁部分固定设有滑套(117)，所述滑套(117)套设在支柱(102)上、且横臂(103)固定在滑套(117)上；由电机驱动丝杆(114)转动，带动螺母副(115)沿丝杆(114)滑动，从而依次带动工作杆(116)沿滑槽(113)滑动、滑套(117)和横臂(103)沿支柱(102)轴向滑动。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述运动信息包括运动速度、运动方向、人体加速度数据和人体姿态数据。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述数据采集单元(2)包括测速传感器(21)、方位角度传感器(22)和加速度传感器(23)。
6.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述场景构建单元(3)还用于仿真虚拟火灾场景的声音，并通过所述控制中心(4)依据人体运动信息实时调整所述仿真虚拟火灾场景的声音。
7.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述数据采集单元(2)还包括心率传感器(24)和体温传感器(25)，数据采集单元(2)用于实时采集并向控制中心(4)人体生理特征数据，所述控制中心(4)判断人体生理特征数据是否大于或小于设定阈值，若用户的人体生理特征数据大于或小于设定阈值，则控制中心(4)远程控制关闭头戴显示器。
8.根据权利要求1所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述支柱(102)上还设有显示器(5)和智能触屏输入模块(6)，所述显示器(5)用于显示火灾模式，智能触屏输入模块(6)用于选择所显示的火灾模式。
9.根据权利要求8所述的基于虚拟现实的建筑内火灾逃生模拟系统，其特征在于，所述火灾模式包括火灾发生的空间位置、用户所处空间位置、用户察觉起火时间、火灾程度和火灾现场人数。
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