[发明专利]一种面向地震安全教育的虚拟训练与体验方法

权利要求书

1.一种面向地震安全教育的虚拟训练与体验方法，其特征在于，采用虚拟地震体验设备，包括：

头显设备，该头显设备包括头戴式显示器、与所述头戴式显示器无线交互的手柄，所述头戴式显示器和手柄均内置有定位模块；

计算机，与所述头显设备连接；

该方法包括以下步骤：

1)计算机先将地震科普教育画面传输到头显设备，提供地震科普教育虚拟场景，体验人用手柄在地震科普教育虚拟场景中点击对应的地震科普知识，学习地震科普知识，学习完之后，点击按钮进入地震虚拟场景；

2)计算机将地震画面传输到头显设备，提供地震虚拟场景，体验人用手柄在地震虚拟场景中与虚拟物品交互，计算机实时获取头戴式显示器、手柄的反馈信息。

2.根据权利要求1所述的面向地震安全教育的虚拟训练与体验方法，其特征在于，所述的反馈信息包括位置信息、图像信息和按键反馈信息。

3.根据权利要求1所述的面向地震安全教育的虚拟训练与体验方法，其特征在于，计算机将地震画面传输到头显设备之前，对地震画面的地面震动进行计算，分别对横波与纵波进行模拟，最后进行两者的叠加，具体包括：

1)先对地面震动的横波进行计算，横波的函数写为如下形式：其中，s为横波的函数值，A为振幅，ω为角频率，x为震源距离，u_s为横波的波速，为初相位，t为时间，其中，振幅A、角频率ω、震源距离x和初相位根据地震虚拟场景中所要体验的震级进行设定；

横波的波速u_s通过以下公式计算：其中，μ为剪切模量，ρ为地面介质的密度，E为杨氏模量，ν为泊松比，杨氏模量E和泊松比ν为根据地面介质所确定的固定值；

经过计算得到横波的函数值；

2)对地面震动的纵波进行计算，纵波的函数写为如下形式：其中，y为纵波的函数值，A为振幅，ω为角频率，x为震源距离，u_p为纵波的波速，为初相位，t为时间，其中，振幅A、角频率ω、震源距离x和初相位根据地震虚拟场景中所要体验的震级进行设定；

纵波的波速u_p通过以下公式计算：其中，E为杨氏模量，ν为泊松比，ρ为地面介质的密度，杨氏模量E和泊松比ν为根据地面介质所确定的固定值；

经过计算得到纵波的函数值；

3)将步骤1)计算得到的横波的函数值和步骤2)得到的纵波的函数值输入到Unity3D引擎的位移函数中模拟地面震动。

4.根据权利要求3所述的面向地震安全教育的虚拟训练与体验方法，其特征在于，步骤1)中，经过计算得到横波的函数值，具体包括；

a)当地面介质为花岗岩，地面介质的密度ρ为2.4～3.1g.cm^-3，杨氏模量E为62.44E/GPa，即62.44*10⁹Pa，泊松比ν为0.25，代入横波的波速u_s公式，当ρ取2.615g.cm^-3，计算出横波的波速u_s为3090m.s^-1；

b)角频率ω与频率f的关系为ω＝2πf，频率f取10Hz，角频率ω为62.8rad/s，振幅A取0.5，设为0，初相位设为0，震源距离x设为14000，横波的函数值为

5.根据权利要求3所述的面向地震安全教育的虚拟训练与体验方法，其特征在于，步骤2)中，经过计算得到纵波的函数值，具体包括；

a)当地面介质为花岗岩地面介质的密度ρ为2.4～3.1g.cm^-3，杨氏模量E为62.44E/GPa，即62.44*10⁹Pa，泊松比ν为0.25，当ρ取2.504g.cm^-3，计算出纵波的波速u_p为5470m.s^-1；

b)角频率ω与频率f的关系为ω＝2πf，频率f取10Hz，角频率ω等于62.8rad/s，振幅A取0.5，初相位设为0，震源距离x设为14000，纵波的函数值为