CN109345900A - 一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，包括场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块，所述场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块依次连接，所述场景建立模块包括三维模型建立单元和人员界面建立单元，所述灭火救援模块包括固定水灭火单元、固定二氧化碳灭火单元和消防员装备穿戴单元，所述消防培训模块包括消防装备使用单元和消防演习单元。本发明提供一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统有利于提高楼层消防培训的效率和水平，节约训练成本。

Description

一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统

技术领域

本发明涉及消防培训系统领域，特别涉及一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统。

背景技术

随着城镇化步伐的加快，城市规模不断扩大，城市安全生产显得日显重要，消防工作是国民经济和社会发展的重要组成部分，消防指战员面临着如何做好消防救援工作的社会性难题。日渐增大的灾害危险性和救援难度对消防指战员灭火救援能力的要求也越来越高，减小灾难危害、提高消防指战员灭火救援能力的最有效方式就是加强消防部队的专业化训练。

因楼层特殊的功能和结构，在楼层上发生的火灾具有特殊性。为检验人员对可能发生的楼层各部位火灾的应急能力，对个人应变任务的熟悉度，以及整个应急过程中人员之间的相互支援和协调程度，进行消防演习是非常有必要的。目前的楼层消防演习大多是在真实环境中进行的，不仅花费大、污染环境，而且危险性很高。另外，受时间、资金和环境等因素的限制，这些培训起到的作用十分有限。

随着计算机虚拟现实技术的迅猛发展，虚拟现实在楼层消防方面的应用受到了广泛的关注。楼层消防的虚拟现实是通过计算机营造具有沉浸感、交互性和想象性特点的虚拟楼层环境和火灾现场，使消防人员在近似实战的逼真环境中进行模拟训练，有利于提高其对楼层复杂火灾情况的处置和决策能力。

发明内容

针对以上问题，本发明专利目的在于设计了一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，有利于提高楼层消防培训的效率和水平，节约训练成本。

本发明具体是通过以下技术方案实现的：

一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，包括场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块，所述场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块依次连接，所述场景建立模块用于建立三维实体模型，并利用虚拟现实技术构建楼层三维虚拟场景，所述场景建立模块包括三维模型建立单元和人员界面建立单元，所述灭火救援模块包括固定水灭火单元、固定二氧化碳灭火单元和消防员装备穿戴单元，所述消防培训模块包括消防装备使用单元和消防演习单元。

具体的，本发明所述三维模型建立单元用于建立三维实体模型，建立包括楼层房间、楼道、消防控制室、二氧化碳间和消防设备的三维实体模型。

具体的，本发明所述人员界面建立单元包括辅助视角窗口子单元、辅助命令菜单子单元、环境设定子单元。

具体的，本发明所述固定水灭火单元包括操作消防水枪和铺设水带的动作模拟。所述操作消防水枪和铺设水带的动作模拟，需要根据反向动力学原理建立虚拟人员的运动模型。

具体的，本发明所述固定二氧化碳灭火单元实现二氧化碳雾化效果和火焰粒子特效模拟。所述实现二氧化碳雾化效果和火焰粒子特效模拟，需要根据粒子系统，模拟烟雾、火焰、云彩、水滴的效果。

本发明提供的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统与现有技术相比具有以下优点：

1、使用反向动力学原理实现虚拟人的动作模拟，使用粒子系统实现火焰和二氧化碳的雾化效果，场景建立逼真，训练效果好；

2、培训过程中，针对学员操作给出具体提示信息，帮助学员完成操作训练，针对性强。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1是本发明一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统的系统构成图；

图2是本发明一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统的人员界面建立单元模块图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提出了一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，请参阅图1，包括场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块，所述场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块依次连接，所述场景建立模块用于建立三维实体模型，并利用虚拟现实技术构建楼层三维虚拟场景，所述场景建立模块包括三维模型建立单元和人员界面建立单元，所述灭火救援模块包括固定水灭火单元、固定二氧化碳灭火单元和消防员装备穿戴单元，所述消防培训模块包括消防装备使用单元和消防演习单元。

具体的，所述三维模型建立单元用于建立三维实体模型，建立包括楼层房间、楼道、消防控制室、二氧化碳间和消防设备的三维实体模型。利用虚拟现实技术，构建楼层三维虚拟场景。在该场景中进行消防演习训练，受训人员在训练过程中可以熟悉楼层消防设备的布置及相关操作要求。

具体的，请参阅图2，所述人员界面建立单元包括辅助视角窗口子单元、辅助命令菜单子单元、环境设定子单元。消防训练需要满足多人协助操作，操作时指挥者或操作者本人能从不同的视角观察，选择失火地点。因此，在整个平台上通过UI界面的3个单元：辅助视角窗口子单元、辅助命令菜单子单元、环境设定子单元，实现不同人员的功能，互动效果。辅助视角窗口子单元给学员提供一个最佳的俯瞰视角；辅助命令菜单子单元可通过控制命令完成其他人的动作；环境设定子单元用于设置火灾位置、初始火焰和烟雾情况、火的发展态势等。

具体的，所述固定水灭火单元包括操作消防水枪和铺设水带的动作模拟。所述操作消防水枪和铺设水带的动作模拟，需要根据反向动力学原理建立虚拟人员的运动模型。操作消防水枪和铺设水带的动作模拟是保证固定水灭火训练真实而有效的核心，要在一个虚拟现实系统中模拟虚拟人的复杂运动，必须建立虚拟人的运动模型。根据反向动力学原理，把虚拟人的运动看成是一个关节的运动，并为虚拟人建立关节。

在虚拟环境中，大部分的场景元素如角色、物件、碰撞体等都属于网格模型，一般利用3dsMax、Maya等工具建模，并导入场景中。但若要在场景中模拟烟雾、火焰、云彩、水滴等效果，则需要用到粒子系统。粒子系统会连续、高效地发射大量运动的简单粒子单元，以模拟各类复杂的自然现象和特技效果。粒子系统的模拟过程主要分为以下几个步骤:1、初始化。确定模拟对象，分析物体的运动规律，对模拟对象的粒子数，每个粒子的生命值、位置、速度、加速度、颜色等信息进行初值设定。2、绘制。选择合适的纹理大小，搭配合适的色彩，绘制粒子当前的状态。3、更新。更新所有粒子的生命值、位置、速度、加速度、颜色等信息，以便下次绘制。

具体的，本发明所述固定二氧化碳灭火单元实现二氧化碳雾化效果和火焰粒子特效模拟。所述实现二氧化碳雾化效果和火焰粒子特效模拟，需要根据粒子系统，模拟烟雾、火焰、云彩、水滴的效果。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，包括场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块，所述场景建立模块、灭火救援模块和消防培训模块依次连接，所述场景建立模块用于建立三维实体模型，并利用虚拟现实技术构建楼层三维虚拟场景，所述场景建立模块包括三维模型建立单元和人员界面建立单元，所述灭火救援模块包括固定水灭火单元、固定二氧化碳灭火单元和消防员装备穿戴单元，所述消防培训模块包括消防装备使用单元和消防演习单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，所述三维模型建立单元用于建立三维实体模型，建立包括楼层房间、楼道、消防控制室、二氧化碳间和消防设备的三维实体模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，所述人员界面建立单元包括辅助视角窗口子单元、辅助命令菜单子单元、环境设定子单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，所述固定水灭火单元包括操作消防水枪和铺设水带的动作模拟。

5.根据权利要求4所述的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，所述操作消防水枪和铺设水带的动作模拟，需要根据反向动力学原理建立虚拟人员的运动模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，所述固定二氧化碳灭火单元实现二氧化碳雾化效果和火焰粒子特效模拟。

7.根据权利要求6所述的一种基于虚拟现实技术的楼层消防培训系统，其特征在于，所述实现二氧化碳雾化效果和火焰粒子特效模拟，需要根据粒子系统，模拟烟雾、火焰、云彩、水滴的效果。