三维虚拟现实消防兵仿真训练系统建设

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1、.462.2010消防科技与工程学术会议论文集其他三维虚拟现实消防兵仿真训练系统建设她龙马振国(北京公安消防总队教导大队）摘要针对于消防兵战训系统建设周期长，耗资多，训练科目单一，事故易发性等情况，本文提出了一种基于计算机三维虚拟技术与半物理实物相结合的消防兵仿真训练系统设计思路。该系统通过计算机软件来生成各种特定的实战场景，消防官兵通过操作半物理实物来完成规定的训练科目。该系统具备训练场景逼真，训练场景灵活可设，经典案例可再现，有效提高消防部队的综合训练效果，训练事故发生概率接近零，可重复使用以

2、及占地面积小的特点。关键词三维；虚拟现实；训练模拟器.462.2010消防科技与工程学术会议论文集其他.462.2010消防科技与工程学术会议论文集其他“火场一分钟，场下十年功”，充足的训练是消防官兵能完成营救任务的关键，是高质量高效率完成任务的有效保障。目前的消防训练系统建设周期长，耗资大，训练科目比较固定单一，为了能更有效地贯彻“练为战”的总体思想，进一步提高训练效能与成果，本文提出了一种基于计算机三维虚拟现实技术与半物理仿真机构相结合的消防兵训练系统设计思路。半物理仿真机构指实际任务中使用的

3、设备，将设备的控制、姿态信息与计算机虚拟世界相连接，可以实现半物理训练系统。其意义在于在训练设施不变的有限条件下，通过使用虚拟技术可以将参训者“带人”到不同的场景之中，根据需求可以将场景设计为火灾经典案例、传统训练科目、现代消防灭火救援案例等等，可以充分扩展训练内容，充分调动参训者视觉、听觉、触觉，以全方位的带入感和沉浸感显著提高包括新兵在内的参训人员对火灾现场的心理适应程度，锻炼参训官兵的快速反应及协同作战能力，有效提高消防部队的战术水平，该系统还可以提供准确的电子数据提高战训评估的可靠性，并大

4、大降低训练中的事故发生率。1基础技术介绍及现状虚拟仿真训练系统以其造价低、效益高等独特优势日益成为国内外竞相发展的重要军事训练手段。虚拟仿真技术的核心内容是虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，主要应用于军事训练仿真。目前虚拟仿真训练技术发展迅猛，尤其在军事训练、游戏领域有众多的产品被大众所关注，我国的飞机、坦克、潜艇等军事训练科目都已经成功研发出基于计算机虚拟技术的仿真训练系统,训练成果显著。•三维虚拟现实就是在平面上表现三维的一种方式，从而实现对空间环6境、物质形态、自然和人

5、为造成的某些现象的再现等，因其酷似真实的场景，所以也被称作“虚拟现实”。其主要特征是具有多感知性、浸没感、交互性、构想性。这些使操作者能够真正进人一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过^与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的维，以全方位的获取环境所蕴含的各种空间It息和逻辑信息，参训者将获得身临其境的沉浸感，训练系统的逼真性使参训者将能更好地参与到模拟系统当中。目前三维虚拟现实技术主要以被动偏光式3D技术与主动式3D技术，

6、两者都是通过佩戴眼镜，使左右眼接收到的两组不同画面经过大脑合成3D立体影像。3D立体技术已经成熟应用于电影产业。2系统设计总体思路图1为整体系统示意图。从功能模块方面划分，消防兵训练系统主要由三个部分组成，分别是场景生成计算机、训练仿真模拟器与3D•464•2010消防科技与工程学术会议论文集•464•2010消防科技与工程学术会议论文集显示器。场景生成计算机根据训练计划预先设定的场景，生成3D图像后输出到3D显示器;训练者佩戴3D眼镜后，可以看到逼真的前方影像，“置身”于预设场景之中；训练者操纵

7、训练仿真模拟器，通过半物理实物的操纵机构来对器械工具进行操作，模拟器将获取到操纵机构的各模拟信息量，将其传输至场景生成计算机,场景计算机将通过模拟器的信息量来判定操作效果如何，并根据操作效果来重新计算场景的显示内容，实现通畅的人机交互过程。功能上来说，场景生成计算机是消防兵虚拟训练系统的核心，其判决算法决定着系统训练可信性;模拟器将参训者的操作信息转化为数字量并传输到场景生成计算机；3D显示器在视觉方面上加强了训练者的沉浸感、立体纵深感，使得参训者在虚拟训练过程中对距离的把握更加清晰，进一步提高对

8、器械的操控能力。D训练者W~位置图1系统功能框架简图3系统组成及工作流程3.1场景生成计算机场景生成计算机主要分为3D模型建模模块、数据存储单元、场景综合模块与智能判别系统，内部框图如图2所示。3D模型建模水平决定着虚拟训练系统的逼真度，此模块重点需要对可能在场景中出现的所有物体进行建模，采用虚拟现实技术对虚拟火场等虚拟环境中的各个目标进行细致描述。场景生成计算机ISI数置放场景需求输入接口IIS1S蠢其他场景输出端智能判别系统是人机交互的实现模块。它从输人端接收到模拟训练器的控制