CN204946399U - 一种使用体感外设的灭火救援训练系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种使用体感外设的灭火救援训练系统，图形显示和控制单元分别与全向跑步机、体感外设装置、消防用水枪和防护头盔连接，全向跑步机、体感外设装置、消防用水枪和防护头盔分别将采集到的信息输送至图形显示和控制单元，图形显示和控制单元将采集到的信息输送至液晶屏，它将防护头盔、消防用水枪引入系统，改变了以往同类系统仅靠键盘、鼠标或游戏手柄输入的方式，体感外设装置的引入，训练者可通过自己的肢体动作控制图形显示和控制单元中虚拟场景中角色的动作，全向跑步机的引入，能将训练人员在相对小范围的运动映射到无限大的虚拟场景中。

Description

一种使用体感外设的灭火救援训练系统

技术领域

本实用新型涉及社会公共安全设备领域，尤其涉及一种使用体感外设的灭火救援训练系统。

背景技术

传统的现场演练，需要调动大量的人力、物力，由于消耗巨大，难以实现多次重复性的演练。而且由于演习中所设指挥员名额有限，受训者不可能都同时担任指挥人员，因此也得不到应有的锻炼，这一问题在院校教育中显得尤为重要。

天津师范大学的韩冬以石化企业灭火救援虚拟场区为研究对象，针对其场景复杂，规模较大，交互性要求高等特点，采用MulfiGenCreator/Vega开发平台，实现了石油化工火灾的灭火救援虚拟场景系统的建立，实现了场区的实时漫游和烟火特效；中国人民武装警察部队学院的靳学胜等以Delta3D作为系统平台建立石油储罐区消防虚拟仿真系统，以3dsMAS、Creator相配合进行三维建模，系统可设置罐区环境气候、设置烟火效果、实时进行灭火救援力量的部署和调整，摄像机的控制包括6个自由度，消防车的控制分运动控制和设备控制，烟火特效通过Delta3D封装的OpenSceneGraph实现；中国人民武装警察部队学院的张云明等基于虚拟现实技术的灭火救援训练系统，该虚拟系统以Windows为基本开发和运行平台,以VisualC++6.0为开发工具,通过OpenGL建立三维场景,并利用其强大的交互功能,实现灭火救援训练操作与火灾场景的交互，利用SiliconGraphies开发的OpenGL来定义3D实体并实现交互操作，引入了FDS火灾模型用于控制训练场景中的火灾发展蔓延问题；哈尔滨工程大学的董诚辰对基于GPU的火焰熄灭过程的模拟进行研究，针对传统粒子系统的局限，重新构建一个粒子总数可变的粒子系统，使其能够模拟火势的动态变化，为了提高场景的逼真效果，建立一种基于GPU的火焰光照效果，设计实现一个消防仿真系统，将前期研究的火焰特效技术应用在系统中，并对系统的运行结果进行分析总结；上海海润教育科技发展有限公司的何岗等，设计并实现了一个基于Unity3D的消防3D情景实训系统。所做的工作包括运用虚拟现实技术构建了“虚拟火场”，实现了交互式仿真系统中的音视频播放及切换功能，进一步增强了虚拟现实系统的真实感与沉浸感在理论与实践方面均取得了一定的成果。功能主要包括理论培训、单兵模拟训练、在线考试、区情调研四个部分，但由于种种原因系统还存在训练操作手段单一、没有建立完全数字化的火灾/蔓延模型而造成临场感不足等缺点。上述现有的采用虚拟显示技术的同类系统都存在交互性不真实和沉浸感不足的缺陷，在输入方面，通过手操作鼠标和键盘，将对场景中角色的控制(如行走、跑步、抓握物品等)输入计算机。这些交互性方面的缺陷直接导致沉浸感不足，此类模拟训练系统应该使被训练人员感沉浸在场景中，被场景的效果所感染，在感受到紧张、恐惧的同时，训练自己在虚拟火灾场景下的应激反应和灭火救援战术。而只通过手指控制场景中的角色，这样的效果不会使训练者有身临其境的感觉，更谈不上好的训练效果了。

发明内容

为了解决以上问题，本实用新型提供一种使用体感外设的灭火救援训练系统，它结构简单、合理，将防护头盔、消防用水枪引入系统，改变了以往同类系统仅靠键盘、鼠标或游戏手柄输入的方式，体感外设装置的引入，训练者可通过自己的肢体动作控制图形显示和控制单元中虚拟场景中角色的动作，全向跑步机的引入，能将训练人员在相对小范围的运动映射到无限大的虚拟场景中。

本实用新型的技术方案是：提供一种使用体感外设的灭火救援训练系统，它是由图形显示和控制单元、全向跑步机、体感外设装置、消防用水枪、防护头盔和液晶屏组成，图形显示和控制单元分别与全向跑步机、体感外设装置、消防用水枪和防护头盔连接，全向跑步机、体感外设装置、消防用水枪和防护头盔分别将采集到的信息输送至图形显示和控制单元，图形显示和控制单元将采集到的信息输送至液晶屏。

所述全向跑步机为OmniVirtuix全向跑步机，训练者站在全向跑步机上，可做走、跑、停、转向动作，全向跑步机采集训练者脚部、腰部的运动状态。

所述体感外设装置拥有两个摄像头和辅助传感器，能够捕捉训练人员的肢体动作以及动作的力度和深度，还有麦克风，能采集声音。

所述消防用水枪上安装控制器、方位感应装置、射频模块和射水模式开关，能够采集消防员手持消防用水枪时在水平和俯仰方向上的转动角度。

所述防护头盔上安装了控制器、方位感应装置和射频模块，能够采集穿戴者的头部在水平和俯仰方向上的转动角度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：解决了以往同类虚拟训练系统无法通过训练者的实际行动控制虚拟场景中角色动作的缺陷，从而营造更加真实的现场感，提升了交互性和沉浸感，实现了人和装备的有机结合。

附图说明

下面根据图进一步对本实用新型加以说明

图1是本实用新型的结构图；

图中所示：1、图形显示和控制单元，2、全向跑步机，3、体感外设装置，4、消防用水枪，5、防护头盔，6、液晶屏。

具体实施方式

下面结合图对本实用新型作进一步详细的说明，需要说明的是，图仅用于解释本实用新型，是对本实用新型实施例的示意性说明，而不能理解为对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

如图所示，一种使用体感外设的灭火救援训练系统，它是由图形显示和控制单元1、全向跑步机2、体感外设装置3、消防用水枪4、防护头盔5和液晶屏6组成，图形显示和控制单元1分别与全向跑步机2、体感外设装置3、消防用水枪4和防护头盔5连接，全向跑步机2、体感外设装置3、消防用水枪4和防护头盔5分别将采集到的信息输送至图形显示和控制单元1，图形显示和控制单元1将采集到的信息输送至液晶屏6。

所述全向跑步机2为OmniVirtuix全向跑步机，训练者站在全向跑步机2上，可做走、跑、停、转向动作，全向跑步机2采集训练者脚部、腰部的运动状态。

所述体感外设装置3拥有两个摄像头和辅助传感器，能够捕捉训练人员的肢体动作以及动作的力度和深度，还有麦克风，能采集声音。

所述消防用水枪4上安装控制器、方位感应装置、射频模块和射水模式开关，能够采集消防员手持消防用水枪4时在水平和俯仰方向上的转动角度。

所述防护头盔5上安装了控制器、方位感应装置和射频模块，能够采集穿戴者的头部在水平和俯仰方向上的转动角度。

图形显示与控制单元1运行在一台图形工作站上，是整个系统的软件部分，包括接收各类输入信号和控制输出两大功能模块，图中显示的四种外设全向跑步机2、体感外设装置3、消防用水枪4和防护头盔5均为输入外设，系统的输出为大屏幕液晶屏6或大屏投影。

消防用水枪4和防护头盔5为自行研发，内置可充电电池，无需连接电源线。二者均包含nF2401射频发射模块，其共用的接收模块通过USB接口与图形显示与控制单元1相连。通过该射频模块将消防用水枪4和防护头盔5的运动信息输入至图形显示与控制单元1，图形显示与控制单元1运行自行开发的驱动程序，能将接收到的消防用水枪4和防护头盔5的地磁信号变化转换成程序可识别的数据，从而对程序场景中的视角加以控制。使用时，受训消防员须始终佩戴好防护头盔5，当虚拟场景中需要消防用水枪4时，消防员操纵消防用水枪4指向场景中的火焰。

微软的kinect体感外设装置3通过USB线缆与工作站相连，市电单独供电。图形显示与控制单元1运行其驱动程序，图形显示与控制单元1中集成了kinect体感外设装置3的接口函数，将接收到的受训人员的上半身运动体感信号加以识别并控制场景中虚拟角色的上半身运动，如手臂的伸展弯曲、后仰、俯身等。使用时，kinect体感外设装置3须置于全向跑步机2正前方2.1-2.5米处(随身高不同而不同)，距离地面高度为0.7～1.9米。

Omni全向跑步机2也通过USB线缆与工作站相连，市电单独供电，图形显示与控制单元1运行其驱动程序，图形显示与控制单元1同样集成了全向跑步机2的接口函数(全向跑步机2开发者版自带开发SDK，可与程序无缝集成)，将接收到的受训人员的腰、腿部和脚部运动体感信号加以识别并控制场景中虚拟角色的下半身运动，如扭腰、走、跑等。

使用时，训练人员站在全向跑步机2上，将防护头盔5戴至头部，手持消防用水枪4，将体感外设装置3佩戴至身体上，即可开始进行训练，全向跑步机2、体感外设装置3、消防用水枪4和防护头盔5分别将采集到的数据信息输送至图形显示和控制单元1，图形显示和控制单元1将采集到的信息输送至液晶屏6，图形显示和控制单元1根据采集到的数据信息控制虚拟场景中视场角的变化。

本实用新型将防护头盔5、消防用水枪4引入系统，改变了以往同类系统仅靠键盘、鼠标或游戏手柄输入的方式，体感外设装置3的引入，训练者可通过自己的肢体动作控制图形显示和控制单元1中虚拟场景中角色的动作，全向跑步机2的引入，能将训练人员在相对小范围的运动映射到无限大的虚拟场景中。体感外设装置3的引入解决了以往同类虚拟训练系统无法通过训练者的实际行动控制虚拟场景中角色动作的缺陷，从而营造更加真实的现场感，提升了交互性和沉浸感，实现了人和装备的有机结合。

以上所述为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种改进和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等均应含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种使用体感外设的灭火救援训练系统，它是由图形显示和控制单元(1)、全向跑步机(2)、体感外设装置(3)、消防用水枪(4)防护头盔(5)和液晶屏(6)组成，其特征在于：图形显示和控制单元(1)分别与全向跑步机(2)、体感外设装置(3)、消防用水枪(4)和防护头盔(5)连接，全向跑步机(2)、体感外设装置(3)、消防用水枪(4)和防护头盔(5)分别将采集到的信息输送至图形显示和控制单元(1)，图形显示和控制单元(1)将采集到的信息输送至液晶屏(6)。

2.根据权利要求1所述一种使用体感外设的灭火救援训练系统，其特征在于：全向跑步机(2)为OmniVirtuix全向跑步机，训练者站在全向跑步机(2)上，可做走、跑、停、转向动作，全向跑步机(2)采集训练者脚部、腰部的运动状态。

3.根据权利要求1所述一种使用体感外设的灭火救援训练系统，其特征在于：体感外设装置(3)拥有两个摄像头和辅助传感器，能够捕捉训练人员的肢体动作以及动作的力度和深度，还有麦克风，能采集声音。

4.根据权利要求1所述一种使用体感外设的灭火救援训练系统，其特征在于：消防用水枪(4)上安装控制器、方位感应装置、射频模块和射水模式开关，能够采集消防员手持消防用水枪(4)时在水平和俯仰方向上的转动角度。

5.根据权利要求1所述一种使用体感外设的灭火救援训练系统，其特征在于：防护头盔(5)上安装了控制器、方位感应装置和射频模块，能够采集穿戴者的头部在水平和俯仰方向上的转动角度。