[发明专利]基于Unity3D的虚拟消防培训装置

权利要求书

1.一种基于Unity3D的虚拟消防培训装置，其特征在于：包括仿真灭火器、屏幕、监控摄像头、投影仪、VR设备、操作手柄以及监控终端，所述监控终端上安装有灭火实训软件，所述灭火实训软件包括消防教学单元、灭火虚拟演练单元和火灾隐患排查单元；

所述消防教学单元内存储有灭火器使用以及火灾逃生教学知识；所述投影仪与所述消防教学单元连接，用于在所述屏幕上投放显示灭火器使用以及火灾逃生教学知识；

所述火灾隐患排查单元内存储有存在隐患物体的多种消防场景，所述VR设备与所述火灾隐患排查单元连接，用于实现所述消防场景的巡游；所述操作手柄与所述火灾隐患排查单元连接，用于在巡游过程中消除消防场景内的隐患物体；

所述灭火虚拟演练单元内预存有多个具有唯一编号的虚拟着火场景，不同虚拟着火场景对应不同的着火方式和灭火方式；

所述灭火虚拟演练单元与所述投影仪连接，根据着火指令调用对应的虚拟着火场景并通过所述投影仪投影在所述屏幕上，所述着火指令包括虚拟着火场景的编号；

所述仿真灭火器用于发射红外图案到所述屏幕，并实时采集所述仿真灭火器的状态信息，不同仿真灭火器发射的红外图案不同；所述监控摄像头用于拍摄所述仿真灭火器在所述屏幕上形成的红外图案；

所述灭火虚拟演练单元与所述监控摄像头和所述仿真灭火器连接，根据所述仿真灭火器的状态信息、所述监控摄像头拍摄的所述仿真灭火器形成的红外图案判断是否成功灭火，并根据灭火结果提示用户进行相应操作；

所述灭火虚拟演练单元包括第一图像处理单元、第二图像单元、模板库、匹配单元、位置计算单元和中央处理单元，所述第一图像处理单元用于对所述监控摄像头采集的图像进行二值化操作；所述第二图像处理模块用于对二值化后的图像做连通域操作，截取图像中的红外图案；所述匹配单元用于将红外图案和所述模板库中存储的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案；所述位置计算单元用于根据识别的红外图案在屏幕中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的X,Y轴相对屏幕的比例；

所述灭火虚拟演练单元还包括模板生成单元，所述模板生成单元将识别出的红外图案以红外图案模板的形式保存在所述模板库中；

所述灭火虚拟演练单元判断是否成功灭火的具体步骤为：

步骤1，所述第一图像处理单元对所述监控摄像头采集的图像进行二值化操作；

步骤2，所述第二图像处理模块对二值化后的图像做连通域操作，截取图像中的红外图案；

步骤3，所述匹配单元将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

加载模板，寻找图像中与模板的最佳匹配区域；

运算平均绝对差算法，计算最佳匹配区域内红外图案与内置的红外图案模板的相似度；

若该红外图案与内置红外图案模板的最高相似度大于预设相似阈值，则判断该红外图案为红外图案模板，该红外图案即为与其相似度最高的红外图案模板；

步骤4，所述位置计算单元根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

在采集的图像中设置屏幕的4个顶点的X轴坐标和Y轴坐标并保存，此时4个顶点记录为图像屏幕区域；

根据识别的红外图案在图像屏幕区域中的位置计算红外图案的X轴坐标和Y轴坐标相对于图像屏幕区域的比例；

根据红外图案的X轴坐标和Y轴坐标相对于图像屏幕区域的比例以及实际屏幕的4顶点坐标计算红外图案在实际屏幕上的位置坐标；

步骤5，所述中央处理单元判断红外图案的具体坐标是否位于某一个着火点的位置坐标区域内，若是，则进一步判断所述红外图案的类型是否与该着火点对应的红外图案一致，若一致，则根据所述仿真灭火器的状态信息判断灭火操作顺序是否正确；若正确则判断灭火成功，否则灭火失败；

具体进行灭火虚拟演练时，所述监控终端通过所述灭火实训软件在所述屏幕上显示多个着火点；

每个培训人员均手持不同种类的仿真灭火器，向所述屏幕发送红外图案和激光，发射光线呈现平行状态，不同种类的灭火器发出的红外图案不同；

所述监控终端提取所述摄像头采集的图像中的红外图案；

所述监控终端将提取的红外图案和内置的红外图案模板进行匹配，识别出红外图案的类型；

所述监控终端根据识别的红外图案在图像中的位置以及屏幕的4顶点坐标，计算红外图案的具体坐标；

所述监控终端判断红外图案的具体坐标是否位于某一个着火点的位置坐标区域内，若是，则进一步判断所述红外图案的类型是否与该着火点对应的红外图案一致，若一致，则所述监控终端控制所述灭火实训软件将对应着火点处的火熄灭，并通过所述屏幕显示出来。