[实用新型]一种使用体感外设的灭火救援训练系统

说明书

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。