虚拟现实技术在安全工程中的应用

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1、虚拟现实技术在安全工程中的应用【摘要】论述了虚拟现实技术（virtualreality）的基本原理、应用范围。结合大空间公用建筑火灾虚拟现实系统，提出了安全工程中应用虚拟现实技术的基本结构及程序设计关键技术，给出了大空间公用建筑火灾虚拟现实系统编制实例。【关键词】安全工程虚拟现实火灾救灾applicationofvirtualrealityinsafetyengineeringqiyixinxiazhengyiiningtechnology)(universityofscienceandtech

2、nologyofchina)abstractthebasicprincipleofuirtualrealityanditsextentofapplicationarediscussed.inbiningdesignareputforpleofthevirtualrealitysystemofbigspacepublicbuildingisprovided.keymersion-interaction-imagination，指沉浸-交互-构想。这三个i，是vr系统的三个基本特征。它表示vr系统使

3、人由过去只能从计算机系统的外部去观测计算处理的结果，发展到能够沉浸到计算机系统所创建的系统中；从过去人们只能通过键盘、鼠标与计算环境中的数字化信息发生交互作用，到能够利用多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用；由过去人们只能从定量计算为主的结果中得到启发从而加深对事物的认识，到有可能从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而深化概念和萌发新意。图13—i“三角形”也就是说，在vr系统中，人们的目的是使计算机及其他传感器组成的信息处理系统去尽量“满足”人的需要，而不是强迫人去“凑合”

4、那些不很亲切的计算机系统。3虚拟现实技术在安全工程中应用的领域综合虚拟现实技术的特点，笔者认为安全工程在以下方面可充分应用虚拟现实技术：1)科学研究、实验及计算机模拟结果的真实化再现安全科学的研究成果需要用直观的形式表示出来，使用vr技术与多媒体及可视化技术相结合，可以创造一种虚拟的真实环境，可以将孤单的研究公式、计算数值用完全真实的立体效果表示出来，并且人们可以交互式地控制这种表示结果，可以通过动态改变参数（这种改变不一定要由人输入数据，而可以由人操纵某种vr设备，如数据手套等进行近乎自然的交

5、互方式）来观察计算结果。2)安全性能设计任何社会产品（也包括安全产品）都应该有其自身的安全性。而人们在产品未生产出前，是无法真实感受其安全性的，而vr技术可以预先为其提供一种虚拟的真实产品模型，让设计者和使用者在产品付诸生产之前就能亲身感受到该产品的安全性能，从而为设计者提供改进的依据。3)救灾指挥决策发生事故时，救灾指挥者一方面需要准确掌握事故现场的情况，另一方面要了解事故可能的发展趋势，甚至有时需要进行远程指挥（如主要事故处理专家一时无法到达事故现场），这时可以应用vr技术与其它模拟技术相结

6、合的方式来完成。此外，还可以利用vr技术来模拟未发生的事故，进行对人员的训练工作。4）日常安全教育与避灾训练可以针对某些事故及一定区域建造事故模拟和训练的vr系统，让人们在真实的环境中接受事故预防的教育及事故抢险人员的操作训练，从而提高人们对事故的感知度及抢险人员的技术操作水平和战斗力。3安全工程虚拟现实系统结构由于安全工程涉及范围广泛，所以对不同领域的安全工程vr系统的侧重面就可能有所不同。本文以大空间建筑火灾vr系统为例进行介绍。中国科学技术大学和中国矿业大学合作，针对大空间建筑火灾的特点，

7、建立了大空间建筑火灾vr系统。这是国内目前安全领域所建立的唯一vr系统。建筑火灾的vr系统主要有两个方面，一是要考虑建筑物本身的结构模型的真实性；二是火灾模拟的真实性。本文论述的大空间建筑火灾vr系统结构主要包括两个模型、两个接口及一套外围设备，即：1)建筑物真实感三维立体模型系统；2)火灾烟气及火焰模型系统；3)三维模型运动及控制接口；4)外围设备与两个模型的接口；5)虚拟现实外围设备系统；各部分关系，如图2所示：图2大空间公用建筑火灾虚拟现实系统结构使用者通过外围设备系统经由主计算机系统使用

8、外围设备，例如：计算机鼠标、数据手套等操作设备，通过三维模型运动控制接口程序控制建筑物及火灾的运动。建筑物模型及火灾模型本身由专用三维处理程序建立，具有真实三维立体感。经过控制运动的两个模型，通过外围设备与模型接口程序，将结果显示输出到外围设备，例如：计算机显示器、立体眼睛等。操可以根据这一循环的结果，决定下一个循环的操作过程。从而经过不停地循环，达到真实模拟和实时控制的操作环境。用户可以使用鼠标，控制人员在建筑物中漫游，例如：按动鼠标左键，然后移动鼠标可以沿各个方向运动；按动鼠标右键，左右移动