CN111243368A - 一种道路应急抢通vr培训系统 - Google Patents

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CN111243368A CN201911227395.8A CN201911227395A CN111243368A CN 111243368 A CN111243368 A CN 111243368A CN 201911227395 A CN201911227395 A CN 201911227395A CN 111243368 A CN111243368 A CN 111243368A
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周晓晶
蔡艳潇
汤张枫
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Southeast University
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
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Abstract

本发明提供了一种道路应急抢通VR培训系统，该系统主要包括道路地形建模模块，用于获取道路应急抢通三维地形场景；装备建模模块，通过3D建模软件，进行抢通装备的三维建模；抢通VR场景创建模块，用于叠加三维地形和装备模型，再现抢通场景；抢通培训演练模块，利用虚拟现实工具和终端设备，与道路应急抢通三维场景进行人机交互、演练示范。

Description

一种道路应急抢通VR培训系统
技术领域
本发明属于道路应急抢通技术领域，尤其涉及一种道路应急抢通VR培训系统。
背景技术
基于灾害的不可预测性，以及我国灾情又十分严重的国情，防灾减灾工作显得尤为重要。防灾减灾工作的重点是最大限度的减少灾害造成的人员伤亡、经济损失和社会影响。灾后的应急救援是减灾工作的关键，如何在灾害发生后，快速有效的开展救援行动，最大限度的挽救被困人员的生命安全是一个重大课题，这需要科研工作者和政府部门的共同努力。
目前道路应急抢通救援演练主要是实地演练，三维虚拟演练很少，而开展“道路应急抢通VR培训”，既能提高救援人员的救援效率，又能够为开发灾害预测系统奠定基础，同时可为灾害应急决策的制定和实施提供技术参考。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种道路应急抢通VR培训系统。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种道路应急抢通VR培训系统，该系统分为四个模块：道路地形建模模块，用于获取道路应急抢通三维地形场景；装备建模模块，通过3D建模软件，进行抢通装备的三维建模；抢通VR场景创建模块，用于叠加三维地形和装备模型，再现抢通场景；抢通培训演练模块，利用虚拟现实工具和终端设备，与道路应急抢通三维场景进行人机交互、演练示范。
作为本发明的优选，所述的道路地形建模模块，通过获取地形的基础地理数据、数字高程模型和遥感影像数据，之后对它们进行编辑、裁剪、提取，然后运用GIS（地理信息系统）软件对所得到的数据进行各种处理，从而实现对该区域的三维地形创建。三维地形创建中，包括三维山体场景、水体场景、沙体场景、道路、公路桥以及公路隧道的创建。
作为本发明的优选，所述的装备建模模块，通过3D建模软件，对抢通装备进行三维建模，包括：绘制样条线、样条分析处理、贴图处理、效果检查和模型优化。装备三维建模中，包括挖掘装备、起重装备、破拆装备、救援装备、侦测装备以及除雪装备的建模。
作为本发明的优选，所述的抢通VR场景创建模块，用数据加载工具加载基础地理数据、数字高程模型、遥感影像数据以及装备三维模型数据，进行三维地形和装备三维模型的合成显示，再现抢通场景。抢通场景创建中，包括地震后道路掩埋场景、泥石流冲毁路基场景、洪水冲断桥梁场景、危化品在隧道爆炸场景以及冰雪路面场景的创建。
作为本发明的优选，所述的抢通培训演练模块，包括可视化模块，再现了道路应急抢通的三维场景和三维装备模型，包括灾害场景浏览功能、抢通路线预测功能；系统漫游培训模块，利用虚拟现实工具和终端设备，使用户达到沉浸式效果体验，包括工程机械演练功能；动画演示模块，利用虚拟现实工具和终端设备，动态再现道路应急抢通装备的搭建和使用过程，使用户达到培训目的，包括应急预案演示功能、抢通案例再现功能。
有益效果：
首先，用VR技术还原真实的抢通场景，对即将参与救援工作的人员进行虚拟现实培训，当学员带上设备，就会进入到真实的场景中，从而学习和应对场景中发生的事件。
其次，运用VR虚拟现实技术对学员进行专业的培训，能够还原静态和动态交互式的环境，让学员置身在这一环境中，能与现实场景相差无几。
然后，将学员带入VR虚拟现实场景中，让他们学会面对所有可能发生的危险，包括地震、洪水、泥石流、火灾、爆炸等不可预估的危险，利用视觉、听觉、触觉等感官体验，完成培训任务，高效提升救援工作的强度，让所有学员在面对即将发生的危险能有自我保护能力和应急救援技巧。
最后，应急救援是挽救人民生命的重要手段，及时抢救受害人员是减少伤亡的最主要措施。而应急救援重在演练，演练救援队伍就需要合理的模拟场景，所以对于以地震、洪水、泥石流、火灾、爆炸等灾害为主的破坏中，道路应急抢通VR培训已成为道路快速抢通的重要研究内容。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
图1是本发明的功能结构流程图；
图2是本发明的道路场景建模图；
图3是本发明的三维建模流程图；
图4是本发明的装备建模图；
图5是本发明的抢通VR场景创建图；
图6是本发明的系统功能图；
图7是技术方案流程图。
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地说明。
如图1功能结构流程图所示，本发明包括道路地形建模、装备建模、抢通VR场景创建和抢通培训演练四个模块。
道路场景建模模块中，基础地理数据、数字高程模型和遥感影像数据可以选择从专门网站进行下载，之后对它们进行编辑、裁剪、提取，然后运用ArcGIS等软件对所得到的数据进行各种处理，从而实现对该区域的三维地形创建。三维地形创建中，包括三维山体场景、水体场景、沙体场景、道路、公路桥以及公路隧道的创建，如图2所示。
装备建模模块中，可以运用AutoCAD、3ds Max软件，对道路桥梁抢通装备，如：汽车起重机、机械化桥等进行三维建模，首先用AutoCAD绘制二维样条线，导入3ds Max中进行样条分析处理，然后贴图分析处理并进行效果检查，最后进行模型优化并导出三维模型，具体的建模流程如图3所示。装备三维建模中，包括挖掘装备、起重装备、破拆装备、救援装备、侦测装备以及除雪装备的建模，如图4所示。
抢通VR场景创建模块中，可以使用ArcGIS的ArcScene模块，用数据加载工具加载基础地理数据、数字高程模型、遥感影像数据以及装备三维模型数据，进行三维地形和装备三维模型的合成显示。抢通场景创建中，包括地震后道路掩埋场景、泥石流冲毁路基场景、洪水冲断桥梁场景、危化品在隧道爆炸场景以及冰雪路面场景的创建，如图5所示。
抢通培训演练模块中，包括：可视化模块，通过电子白板以及3D显示屏再现了道路应急抢通的三维场景和三维装备模型，实现灾害场景浏览功能、抢通路线预测功能；系统漫游培训模块，利用虚拟现实工具（VR眼镜+耳机）和终端设备，呈现立体场景，利用动作捕捉设备、力反馈设备以及动感座椅使用户达到沉浸式效果体验，实现工程机械演练功能；动画演示模块，利用虚拟现实工具（VR眼镜+耳机）、终端设备以及电子白板，动态再现道路应急抢通装备的搭建和使用过程，使用户达到培训目的，实现应急预案演示功能、抢通案例再现功能，具体系统功能如图6所示。
图7为本发明技术方案流程图，首先，对三维地形场景进行设计，采集地形的基础地理数据和遥感影像数据，与该地形的数字高层模型（DEM）进行叠加，创建形成三维地形；其次，通过3ds Max软件将抢通装备进行三维建模，并采集装备的数码纹理照片进行贴图处理，从而创建Multipatch模型数据库；然后，通过ArcGIS软件将三维装备模型与三维地形进行叠加融合，构建形成三维抢通抢建场景；最后，通过OpenGL技术，软件编程实现三维场景的可视化功能、系统漫游培训功能与动画演示功能。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：道路地形建模模块，用于获取道路应急抢通三维地形场景；装备建模模块，通过3D建模软件，进行抢通装备的三维建模；抢通VR场景创建模块，用于叠加三维地形和装备模型，再现抢通场景；抢通培训演练模块，利用虚拟现实工具和终端设备，与道路应急抢通三维场景进行人机交互、演练示范。
2.根据权利要求1所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的道路地形建模模块，通过获取地形的基础地理数据、数字高程模型和遥感影像数据，之后对它们进行编辑、裁剪、提取，然后运用地理信息系统软件对所得到的数据进行各种处理，从而实现对该区域的三维地形创建；所述的三维地形创建中，包括三维山体场景、水体场景、沙体场景、道路、公路桥以及公路隧道的创建。
3.根据权利要求1所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的装备建模模块，通过3D建模软件，对抢通装备进行三维建模，具体包括：绘制样条线、样条分析处理、贴图处理、效果检查和模型优化。
4.根据权利要求1所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的抢通VR场景创建模块，采用数据加载工具加载基础地理数据、数字高程模型、遥感影像数据以及装备三维模型数据，进行三维地形和装备三维模型的合成显示，再现抢通场景。
5.根据权利要求1所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的抢通培训演练模块包括可视化模块、系统漫游培训模块和动画演示模块。
6.根据权利要求3所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：装备三维建模中，包括挖掘装备、起重装备、破拆装备、救援装备、侦测装备以及除雪装备的建模。
7.根据权利要求4所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：抢通场景创建中，包括地震后道路掩埋场景、泥石流冲毁路基场景、洪水冲断桥梁场景、危化品在隧道爆炸场景以及冰雪路面场景的创建。
8.根据权利要求5所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的可视化模块用于再现道路应急抢通的三维场景和三维装备模型，包括灾害场景浏览功能、抢通路线预测功能。
9.根据权利要求5所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的系统漫游培训模块利用虚拟现实工具和终端设备，使用户达到沉浸式效果体验，包括工程机械演练功能。
10.根据权利要求5所述的一种道路应急抢通VR培训系统，其特征在于：所述的动画演示模块利用虚拟现实工具和终端设备，动态再现道路应急抢通装备的搭建和使用过程，使用户达到培训目的，包括应急预案演示功能、抢通案例再现功能。
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