CN113936516A - 一种基于虚拟现实技术的协同演练系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟现实技术的协同演练系统，包括：服务端，存储有演练方案信息；参数设定终端，依据被操作信息向服务端发送演练执行信息，供服务端生成虚拟演练场景；多个演练终端，均与服务端和参数设定终端通信连接，每一演练终端对应于一个被分配的演练人员；每一演练终端接收参数设定终端发送的被分配的演练人员信息，每一演练终端依据被操作信息控制其对应的演练人员在虚拟演练场景中执行动作；所有的演练终端均即时地将其被操作信息发送至参数设定终端和服务端，供参数设定终端和服务端对虚拟演练场景进行更新。本发明能够实现基于虚拟现实设备的多人协同操作，提高演练人员沉浸感，有效提升演练人员的应变响应能力，满足演练需求。

Description

一种基于虚拟现实技术的协同演练系统

技术领域

本发明涉及煤矿安全应急技术领域，特别涉及一种基于虚拟现实技术的协同演练系统。

背景技术

目前，煤矿企业在安全生产中存在诸多的问题，近年来煤矿安全事故时有发生，煤炭安全生产形势仍不容乐观。在事故发生后，能否及时有效的实施救援行动，迅速救出井下被困人员，保障矿工的生命财产安全显得尤为重要。救援行动的成功与否和矿井发生灾变后救灾组织能力及员工遇到灾变时的应变能力密切相关，这依赖于他们平时的训练强度和训练水平。传统的训练存在着无法克服的弊端，首先是投入成本很高，每一次演练的准备工作都要花费大量的时间和人力、物力，这使得演练开展的频率很难得到保障；其次是受各种复杂环境因素的限制，实际模拟出完美的事故场景的概率很低，甚至有的事故场景无法实际模拟，而且真实模拟的环境也存在不安全因素，无法保障应急演练的绝对安全。

现有技术也提出了一种演练人员与虚拟现场的人机互动技术，这种人机互动情形下，演练场景多为终端设备，被训练的人员仅需要对终端设备进行操作，在终端设备中会出现虚拟人像，被训练的人员与虚拟人像在模拟环境中进行训练，这种方式无法做到多人协同、多人互动，无法真实提高演练人员沉浸感，难以提升演练人员的应变响应能力，更加无法提升多人协同配合以及组织人员方面的能力。因此，需要对现有的演练系统提出改进以适应实际演练需求。

发明内容

本发明要解决的是现有煤矿安全事故应急反应的演练系统不能进行多人协同、组织协调方面的演练，无法适应演练需求的技术问题，为此，本发明提出了一种基于虚拟现实技术的协同演练方法和系统。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

本发明一些实施例中提供一种基于虚拟现实技术的协同演练系统，包括：

服务端，存储有演练方案信息，所述演练方案信息包括三维动态演练场景、演练人员信息以及设备动态信息；

参数设定终端，与所述服务端通信连接，所述参数设定终端依据被操作信息向所述服务端发送演练执行信息，所述演练执行信息包括被选择的演练方案信息、被分配的演练人员信息、被选择的演练设备以及设备动作参数，供所述服务端生成虚拟演练场景；

多个演练终端，每一所述演练终端均与所述服务端和所述参数设定终端通信连接，每一演练终端对应于一个被分配的演练人员；每一演练终端接收参数设定终端发送的被分配的演练人员信息，每一演练终端依据被操作信息控制其对应的演练人员在所述虚拟演练场景中执行动作；所有的演练终端均即时地将其被操作信息发送至所述参数设定终端和所述服务端，供所述参数设定终端和所述服务端对所述虚拟演练场景进行更新。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述服务端中预置有演练分析模型：

所述演练分析模型用于根据所述虚拟演练场景中的三维动态场景、演练设备动作参数以及每一演练人员的执行动作，动态模拟灾害演变场景，并且将所述灾害演变场景发送至各个演练终端。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述参数设定终端配置有任务触发模型，所述任务触发模型被触发后用于对演练执行信息进行即时调节。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述演练终端包括可穿戴式VR设备和PC机，所述可穿戴式VR设备播放虚拟演练场景，所述PC机接收被操作信息。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述演练人员信息包括：演练人员的角色定位信息、演练人员在三维动态演练场景中的位置信息和演练人员的状态信息。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述设备动态信息包括：通风设备状态参数、排水设备状态参数、供电设备状态参数和运输设备状态参数。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述三维动态演练场景被配置有灾害设置信息，所述灾害设置信息包括灾害触发的时间、位置和程度参数；灾害的类型包括水灾、火灾和瓦斯灾害。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述参数设定终端，所述服务端发送的演练执行信息包括三维动态演练场景的环境参数设定信息，所述环境参数设定信息包括水位高度值、气体浓度值、水位高度变化值和气体浓度变化值。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述参数设定终端和所述服务端对接收到的不同演练终端发送数据的时间进行记录，不同演练终端发送的数据表示两个或两个被分配的演练人员对同一设备进行操作，则将该设备的操作权限分配给最先发送数据的演练终端。

本发明一些实施例中提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，所述参数设定终端和所述服务端通过UI接口与每一演练设备连接，所述参数设定终端和所述服务端通过栈数据结构记录各个UI接口的嵌套关系，以协调不同UI接口的调用顺序关系。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

本发明提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，通过虚拟现实技术，搭建一个模拟煤矿真实场景的多人协同的煤矿救援演练系统，给受训人员提供一个身临其境的、可重复的、安全的、高效的模拟训练平台，参训者在此虚拟的真实环境中能模拟不同的角色，且各角色能协同配合完成所设定的任务，从而有效提高受训人员的应急处置能力，同时在节约演练成本、扩大演练频率、弥补实际演练的不足方面也将具有重要意义。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:

图1为本发明一个实施例所述基于虚拟现实技术的协同演练系统的结构框图；

图2为本发明一个实施例所述基于虚拟现实技术的协同演练系统的网络总体架构示意图；

图3为本发明一个实施例所述基于虚拟现实技术的协同演练系统中各部分的内部基础框架；

图4为本发明一个实施例所述协同演练过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明以下实施例中所应用的虚拟演练场景是是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术相结合的产物。通过由计算机软硬件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境—虚拟环境，可以逼真的模拟煤矿井下的的事物和环境，人投入到这种环境中，能有“亲”临其境的感觉，并可自然地与虚拟演练场景进行交互。

虚拟现实技术具有三个重要特征：(1)多感知性：除了具有一般计算机的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还有味觉、嗅觉等；(2)沉浸性：用户带上头盔和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员，有一种身临其境的感觉；(3)交互性：虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，用户能通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行操作。

本发明以下实施例中应用多人协同技术：应急救援演练过程中，每一个参演人员需要在同一个三维空间下，同一个时间维度下进行活动，所以本发明提供的系统能够给出统一的基础三维场景模型、装备。由于不同参演人员采用不同的演练终端在同一个虚拟演练场景下参与演练，多个参演人员在各自的计算机终端执行操作，因此本系统能够保证多个演练终端实现统一的场景和时间维度，在各个演练终端中达到同步。例如，不同参演人员在虚拟场景中观察到自己角色对应虚拟人像的活动，同时还能观察到其他参演人员对应的虚拟人像的活动，彼此都能够实时观察到对方还能够互动。不同的参演人员在同一个时间轴的推进下活动，系统内发生事件在各个参演角色的场景中同一时刻触发，每个参演人员的活动也体现在同一个时间点，这是本方案与背景技术中提出的演练人员与虚拟现场的人机互动技术之间的主要区别。本发明提供的基于虚拟现实技术的协同演练系统，通过融入多个演练终端，并利用参数设定终端对多个演练终端的时间进行统一、对演练场景中的参数进行设定，从而可以实现不同演练终端的参演人员状态的同步、场景状态及事件的同步、人员自身状态的计算、人员之间通信联络、小组编队行进、多人协同活动等演练。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于虚拟现实技术的协同演练系统，包括：服务端100，存储有演练方案信息，所述演练方案信息包括三维动态演练场景、演练人员信息以及设备动态信息；参数设定终端200，与所述服务端100通信连接，所述参数设定终端200依据被操作信息向所述服务端100发送演练执行信息，所述演练执行信息包括被选择的演练方案信息、被分配的演练人员信息、被选择的演练设备以及设备动作参数，供所述服务端100生成虚拟演练场景；多个演练终端300，每一所述演练终端300均与所述服务端100和所述参数设定终端200通信连接，每一演练终端300对应于一个被分配的演练人员；每一演练终端300接收参数设定终端200发送的被分配的演练人员信息，每一演练终端300依据被操作信息控制其对应的演练人员在所述虚拟演练场景中执行动作；所有的演练终端300均即时地将其被操作信息发送至所述参数设定终端200和所述服务端100，供所述参数设定终端200和所述服务端100对所述虚拟演练场景进行更新。在具体应用时，所述演练终端300可以包括可穿戴式VR设备和PC机，所述可穿戴式VR设备播放虚拟演练场景，所述PC机接收被操作信息。本系统可同时支持可穿戴式VR设备与PC机操作，实现VR端与PC端场景数据同步、通讯、各种救援操作。

以上方案，提供一种多人协同演练网络架构，解决多人协同中场景状态同步、人员通讯、协同操作等问题，能够真实模拟事故救援响应，有效提高演练效果，提升矿工逃生自救能力。

优选地，所述服务端100中预置有演练分析模型：所述演练分析模型用于根据所述虚拟演练场景中的三维动态场景、演练设备动作参数以及每一演练人员的执行动作，动态模拟灾害演变场景，并且将所述灾害演变场景发送至各个演练终端300。因此，服务端100能够基于虚拟仿真技术、构建了煤矿虚拟现实场景，真实模拟灾害发生演变情况。煤矿作业场所主要在地下，作业环境具有明显的特殊性与复杂性：煤矿井下生产具有多工种、多方位、多系统立体交叉连续作业的特点，采煤、掘进、通风、机电、排水、供电、运输等系统中，任何部位或任何一个环节出现问题，都可能酿成事故，甚至造成重、特大事故；煤矿灾害因素多，致灾机理复杂，矿井瓦斯、矿尘、水、火、冲击地压及有毒有害气体经常威胁着煤矿安全生产，且受井下复杂环境影响较大。为真实模拟井下复杂环境问题，本发明基于动态灾害场景的煤矿逃生演练方式，基于井下静态场景、设备信息基础上，模拟接入井下通风、排水、供电、运输等系统数据，集成水、火、瓦斯灾害演变范围，动态、逼真模拟灾害场景，并实现人员与井下场景、设备互动，真实模拟煤矿应急逃生与救援，而动态灾害模拟方式与现有的演练人员与虚拟现场的人机互动技术中的动态灾害模拟方式相似，但是在本方案中，动态灾害模拟过程并不是固定、唯一的，而是可以通过参数设定终端进行参数更改以对灾害过程进行调整和监控的，丰富了灾害场景和突发状况，提升应急训练效果。具体地，所述参数设定终端200配置有任务触发模型，所述任务触发模型被触发后用于对演练执行信息进行即时调节。例如可以在演练过程中，动态在某一个空间位置设置灾害。动态参数包括：灾害触发的时间、位置、大小参数。设置灾害后，灾害的参数信息通过对应的协议传递到服务端，服务端将灾害参数信息加入到虚拟演练场景中，从而动态模拟井下环境的变化。

下面结合图2至图4对本发明的协同演练系统各个部分的功能和运行逻辑进行说明：

服务端100：

参考图2，服务端的整体技术框架分为操作层、应用层、演练分析模型、矿井三维模型和三维引擎五层。其中操作层直接对应于PC机和可穿戴式VR设备的操作，演练方案和三维场景构建可以预先通过其他系统生成之后传输至服务端进行存储。在应用层阶段分为单项演练和协同演练，事实上，单项演练可以参考现有技术中的单机人机交互方式来实现，主要针对小场景内特定的细粒度操作环节，结合VR技术让用户完成单项演练，针对多人协同的综合演练过程，应用层引入协同演练的方式，演练过程中涉及到的参数设定终端输入的信息和演练终端输入的参演人员执行动作的所有数据，通过各自的功能模块，完成整个演练过程。演练分析模型包含灾害事故演变分析和逃生路线分析。矿井三维模型是三维演练的场景数据。三维引擎是三维技术的底层基础产品，其中包括了所涉及到的场景渲染，声音播放，行为控制等方面内容。

本发明提供的上述系统的工作逻辑可以包括：

1.演练方案选定

参数设定终端的管理角色进入到虚拟演练场景后，能够配置演练方案的信息，例如在三维场景中布设参演角色的初始位置，设置灾害的位置和大小参数，设置系统给参演人员的打分规则等信息。

2.场景初始化

服务端动态加载三维场景，通过URL加载演练方案。根据演练方案中的参演角色信息(根据实际场景，参演角色可以包括如驾驶员、伤员等不同角色，每一个角色在虚拟场景中对应一个虚拟人像，虚拟人像与一个演练终端对应，参演人员通过操作演练终端即可控制对应的虚拟人像执行动作)，在三维场景中布置每个参演角色的初始化位置。在三维场景中设置演练方案中的灾害信息，当时间对应上之后，演练前端触发灾害发生，展现灾害特效。

3.不同演练终端的协调

服务端通过前端UI界面跟用户进行交互，服务端内各种功能通过UI入口进行调用，为了协调好不同UI之间的调用关系，利用栈数据结构，记录UI界面，控制每一个演练终端只能针对其当前打开的UI界面进行处理，避免不同UI之间干扰，也就避免了不同演练终端针对同一个装备或者同一个位置进行操作的情况。

4.网络通信

通信基础为Socket，通信内容为json格式的字符串，利用C#中的类库的Fast Json类库，解析和打包json字符串内容。为了避免线程阻塞，系统新开独立线程处理网络通信，网络通信底层利用回调方法处理接收到的消息。根据对应的命令，执行相应的逻辑。

5.参演角色的行为控制

如前所述，每一演练终端对应的参演人员通过对应的一个虚拟人物形象来表现，参演人员可以通过控制演练终端的I/O输入来控制虚拟人物形象的行动，其中移动包括走、跑、跳跃、下蹲等动作，技能的使用包括集合、解散、伤员上车、伤员下车、伤员包扎、骨折固定、心肺复苏、汇报、检查伤员等,装备包括呼吸器、医疗箱、温度测量仪、自救器、测风仪、瓦检仪、探险棍、氧气测量仪、瓦斯测量仪、一氧化碳测量仪、笔记本、灭火器等。演练终端利用状态机技术，控制人物在执行行为的同时展现不同的动画。

6.参演人员状态同步

不同参演人员加入到一个演练批次后或者说进入同一个演练房间后，彼此能够协同演练。每个参演人员向服务器不间断的发送当前参演人员的行为和状态，演练服务接收到信息之后，按照统一的时间片，发送给不同的参演人员，这样每个参演人员能够接收到所有其他参演人员的最新状态信息，在本地环境中，更新状态到对应的人物实体上，从而实现了不同参演人员之间的状态同步。

7.环境数据展现

演练过程中井下环境伴随着各种系统模型，在不断变化。巷道内的环境信息包括水位、气体浓度等，都以巷道为单元进行记录的。演练服务通过广播的方式，把环境的增量变化信息发送到每一个演练前端，前端接收到环境信息后，参数设定终端替换巷道的环境状体展现内容，参演人员则根据环境参数信息，动态设置当前巷道内的环境特效，例如使水面增高或降低、使烟雾的浓度产生变化，从而实现环境数据在演练前端得到更新。

8.参演人员之间实时通信

参演人员之间能够彼此通过文字和语音进行通信，文字通信通过对应的网络消息类型实现，语音通信通过拨打电话的形式，利用Socket方式在通话双方动态建立连接，在通话内的两端分别进行音频编码和解码，从而实现语音通话。本课题的演练前端，通过Nspeex类库实现了语音的编码和解码。

9.演练过程回放

演练过程中，演练服务会记录每个参演角色的所有时间点的行为和状态信息，当演练结束后，会打包成日志文件。回放过程中，演练前端通过解析日志文件，按照回放速度还原每个参演角色的行为，从而实现动态回放的功能。系统实现中，演练回放的功能和正常的演练过程一致，都是从接收到的每个角色的消息中还原演练内容，不同之处在于回放过程中能够调控播放速度。

10.运输载体逻辑

演练过程中涉及到车辆信息，车辆作为载体，能够承载人员和物品在场景中移动，并且驾驶员能够控制载体的行进。当驾驶员上车后车辆就绑定到驾驶员模型中，跟随驾驶员共同行进。当驾驶员下车后，车辆从驾驶员模型中解绑。车辆行进过程中的所有乘客的位置跟随车辆一同行进，同步逻辑在演练服务中完成，演练终端只是展现乘客的位置变化。

11.自身健康监控

参演角色自身的监控状态会受环境因素影响，当人员在未带呼吸器的情况下，暴露在有害气体中，会收到伤害或者失去行动能力。参演人员通过操控输入控制模型移动的时候，可监控当前参演人员的身体健康状态，从而控制本角色是否能够完成对应的行动。人员自身的健康状态下降主要来自物体砸伤、有害气体的影响和体能消耗。

12.动态设置灾害

导演能够在演练过程中，动态在某一个空间位置设置灾害。动态参数包括：灾害触发的时间、位置、大小参数。设置灾害后，灾害的参数信息通过对应的协议传递到演练服务。演练服务将灾害参数信息加入到通风网络模型和排水系统模型中，从而动态模拟井下环境的变化。

如图3所示的框架，演练终端和参数设定终端之间通过Socket长连接的方式进行通信，通信协议为json文本，演练终端和参数设定终端都会以URL的形式与服务端进行交互。演练终端采用Unity作为三维基础平台,协议层利用C#Socket编程，实现通信过程。利用回调的机制，响应参数设定终端返回的协议内容。协议内容为json格式的文本，针对不同的协议内容，演练终端定义了对应的数据对象，用来解析演练服务返回的协议内容。演练终端利用Unity的FixedUpdate方法，按照固定的时间间隔向演练服务发送人员状态协议。

参数设定终端以开源游戏引擎JetServer为基础，在它的基础之上，扩展出了演练房间和不同的定时器任务。在用户登录、创建演练房间、释放演练房间环节，根据项目需要对JetServe引擎进行了改造。演练房间中针对灾害，参演角色的状态，动作技能，装备，进行了实现。针对演练终端和演练服务之间的交互需要，定义了不同的协议内容。虚拟参演角色采用Gdxlib-AI开源类库实现，基于该类库中的行为树结构，使虚拟参演角色能够自主行动。演练终端与参数设定终端之间通信的形式有两种：演练终端主动向参数设定终端发送请求，参数设定终端返回应答协议；参数设定终端主动给演练终端发送数据内容。通过开源游戏引擎JetServer的技术手段，本申请对于房间创建、虚拟人物设定、三维场景的模拟等可以类似于现有基于虚拟现实技术的游戏房间的实现原理，但是本申请中可以通过参数设定终端对房间内的场景参数进行设定。

服务端中提供基本的资源内容，包括演练方案结构，三维场景文件，路网文件，巷道数据，通风系统资源，排水系统资源等。服务端通过URL地址的方式对外提供数据内容。

演练分析模型：

演练分析模型包含了对整个系统中相关的服务支持，包括：事故演变、逃生路线、演练打分服务、消息服务：

事故演变：根据事故定义中的相关参数和周围环境的设置，动态模拟和呈现灾害的演变过程。该服务运行在服务端，把计算的推演结果呈现在不同的演习终端。当接收到外界的施救行为后，该服务调整演变结果，再次分发到不同的演练终端。如果不收到外界的施救措施，灾害状况按照预定义好的过程按时发展。采用Java技术实现，通过消息服务发送个各个终端。

逃生路线：根据终端给出的灾害开始位置和人员当前位置，逃生路线服务，自动根据灾害分布情况、避难场所和井口的位置，计算合理的路径，路径的结果有三维路线和文字描述两种形式。

演练打分服务，根据演练终端传输到server的演练日志信息，结合当前的演练方案中打分规则，自动对演练中的人员表现进行打分，并向各个演练终端提供实时打分结果。

消息服务，演练终端中的日志信息包括：角色实时位置，角色所使用的技能动作，角色所使用的装备，和其他参演人员的通信内容，上报内容，下达指令，角色当前的身体状况，环境因素的变化，灾害趋势的变化。服务端利用Apache mina技术封装Socket通信，终端通过C#Socket，TCP协议与服务端进行建立长连接。

演练服务中可以创建多个演练房间。每个演练房间对应一个演练批次，每个演练房间中包括多个参演终端，参演终端通过Socket网络连接，建立与演练服务端之间的通信。

矿井三维模型：

矿井三维模型主要包括三维场景,演练日志,演练资源,演练方案,演练过程,系统管理数据。

三维场景，对三维场景的展示提供支持，主要包括：三维场景，生产相关的装备以Unity中的Assetbundle的文件数据包形式保存。

演练日志分为实时演练日志和归档日志，实时演练日志保存在PostgreSQL数据库中，归档日志以文件形式存储。

演练资源，包括装备，技能，角色的动作，声音等，以Unity中的Assetbundle的文件数据包形式保存。

演练方案，策划演练方案中的信息，包括演练中都需要哪些角色参与，在什么位置什么时间发生什么灾害，人员在场景中的初始位置，人员所具备的技能动作和装备等，环境中的通风网络信息，温度、瓦斯和一氧化碳等气体的浓度分布等这些和演练相关的设置信息。以上信息通过PostgreSQL数据库保存。

三维引擎选用Unity3D产品，充分利用该产品中所包含的场景渲染，声音播放，行为控制，消息通信，例子系统，碰撞检测和VR设备交互等特性，实现系统中的业务功能。

参考图4，本发明提供的协同演练系统，由参数设定终端执行演练环境参数的设置，并为各参演终端分配对应的角色及装备。具体包括：演练总指挥通过参数设定终端发起一个新的演练，选择训练科目，比如火灾事故演练、水灾事故演练或顶板事故演练。设置此次演练的环境参数，比如事故的发生位置，事故发生时间以及井下的气体浓度等。等待参演人员加入此次演练，给每个参演人员分配对应的角色，比如救护队长、队员或矿工。系统列出各角色默认配置的装备，演练总指挥也可以在演练前动态调整人员的装备。参演人员就绪后，演练总指点击【开始演练】，演练总指挥确认演练人员都到位后，点击【开始演练】按钮，各演练终端都进入演练启动状态，并以各自的视角行走在演练的三维场景中。演练总指挥可以全程监控各参演人员执行任务的状况。比如可以用参数设定终端或不同参演人员的视角来看演练场景；可以查看演练小组在演练任务区域的任务完成状况，完成任务的区域打上绿勾；实时查看演练小组在任务区域的得分情况，具体显示每个任务的分值及总得分值；演练总指挥与演练人员之间可以进行实时的语音及文字通讯。在训练过程中，演练总指挥可以人为添加和改变演练环境的功能，包括天气(外部环境)状况调整、灾情状况调整、救援力量调整、新任务下达、其他突发事件等，从而训练参演人员对突发事件的应急响应能力。演练总指挥点击【结束演练】，所有参演人员都不能在进行操作，并进入等待考评状态。演练结束后，演练总指挥根据演练人员在实操演练中的所有轨迹路径、动作行为、完成时间等信息，给出一个客观、科学的分析评价。系统自动备案本次演练的完整记录，可以进行演练回放分析及学习。

演练终端可以采用传统的PC电脑键盘鼠标操作模式配合VR模式参加演练。参演人员还能够在VR中进行语音或操作的交互，用手柄取代传统的键盘鼠标，通过VR头盔，可以看到灾害全景的还原。在灾害处置的关键任务时，参演人员可以通过手柄选择应对措施或协同多部门联动，还可以在灾害的各场景内任意漫游，完成相关的任务，更好地增加演练的沉浸式体验。具体包括：演练人员通过演练终端时加入到演练总指挥发起的演练科目中，实现多人在线的协同演练。演练人员可以选择PC方式或VR方式参加演练。如果是PC方式，则通过鼠标或键盘操作，可以在煤矿井下虚拟环境中自由行走，查看巷道及设备整体情况；如果是配戴VR设备，可以通过数据手柄及人员身体转动来完成行走及方向变动；参演人员等待演练总指挥的开始演练指令，在没有收到【开始演练】指令前，不能进行相关操作；参演人员接收到【开始演练】指令前，迅速进入演练场景，按照各自的任务要求执行救援或逃生演练。演练过程中，到达任务执行区域，正确使用所分配携带的装备，不同的灾害事故演练配置的装备有所不同。演练过程中，可通过文字或语音与其他参演人员进行沟通。同时在执行完某个动作后，如果此动作配置有答题环节，则系统从预置的考题中随机抽取不同的题目推送给每个演练终端，让他们在规定时间内迅速答题，提交答案后，在参数设定终端能同步看到每个演练终端的答题得分。根据演练总指挥设置的突发事件，结合现场实际情况，采取合理措施应对突发事件。演练结束后，等待演练总指挥的综合评价。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于，包括：

服务端，存储有演练方案信息，所述演练方案信息包括三维动态演练场景、演练人员信息以及设备动态信息；

参数设定终端，与所述服务端通信连接，所述参数设定终端依据被操作信息向所述服务端发送演练执行信息，所述演练执行信息包括被选择的演练方案信息、被分配的演练人员信息、被选择的演练设备以及设备动作参数，供所述服务端生成虚拟演练场景；

多个演练终端，每一所述演练终端均与所述服务端和所述参数设定终端通信连接，每一演练终端对应于一个被分配的演练人员；每一演练终端接收参数设定终端发送的被分配的演练人员信息，每一演练终端依据被操作信息控制其对应的演练人员在所述虚拟演练场景中执行动作；所有的演练终端均即时地将其被操作信息发送至所述参数设定终端和所述服务端，供所述参数设定终端和所述服务端对所述虚拟演练场景进行更新。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于，所述服务端中预置有演练分析模型：

所述演练分析模型用于根据所述虚拟演练场景中的三维动态场景、演练设备动作参数以及每一演练人员的执行动作，动态模拟灾害演变场景，并且将所述灾害演变场景发送至各个演练终端。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述参数设定终端配置有任务触发模型，所述任务触发模型被触发后用于对演练执行信息进行即时调节。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述演练终端包括可穿戴式VR设备和PC机，所述可穿戴式VR设备播放虚拟演练场景，所述PC机接收被操作信息。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述演练人员信息包括：演练人员的角色定位信息、演练人员在三维动态演练场景中的位置信息和演练人员的状态信息。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述设备动态信息包括：通风设备状态参数、排水设备状态参数、供电设备状态参数和运输设备状态参数。

7.根据权利要求6所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述三维动态演练场景被配置有灾害设置信息，所述灾害设置信息包括灾害触发的时间、位置和程度参数；灾害的类型包括水灾、火灾和瓦斯灾害。

8.根据权利要求7所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述参数设定终端，所述服务端发送的演练执行信息包括三维动态演练场景的环境参数设定信息，所述环境参数设定信息包括水位高度值、气体浓度值、水位高度变化值和气体浓度变化值。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述参数设定终端和所述服务端对接收到的不同演练终端发送数据的时间进行记录，不同演练终端发送的数据表示两个或两个被分配的演练人员对同一设备进行操作，则将该设备的操作权限分配给最先发送数据的演练终端。

10.根据权利要求9所述的基于虚拟现实技术的协同演练系统，其特征在于：

所述参数设定终端和所述服务端通过UI接口与每一演练设备连接，所述参数设定终端和所述服务端通过栈数据结构记录各个UI接口的嵌套关系，以协调不同UI接口的调用顺序关系。

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