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虛擬現實技術及其在應急管理中的應用 版權信息
- ISBN：9787568073387
- 條形碼：9787568073387 ; 978-7-5680-7338-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
虛擬現實技術及其在應急管理中的應用 本書特色
應急仿真利用虛擬現實技術，逼真、完整地還原各種事故災害現場，反演其發生的征兆、發展的過程，演示事故災害發生時正確的應急措施以及逃生方法，是新興技術與應急管理業務相結合的產物。本書致力于系統地介紹應急管理虛擬現實的基本概念、思想和方法，以期具備應急管理基本知識和計算機操作基礎的讀者能夠看懂，并培養其開發應急管理虛擬現實應用的能力。
虛擬現實技術及其在應急管理中的應用 內容簡介
本書以虛擬現實技術在應急管理中的應用為主線，首先介紹如何通過對立體顯示信息、多通道交互信息、多核并行計算信息進行融合處理，實現沉浸式頭盔顯示硬件系統、集群計算與圖形生成硬件系統、虛擬現實交互硬件設備及虛擬現實軟件的集成，從而搭建出一個能全方面沉浸式再現應急災害事故發生、發展、救援過程的軟硬件平臺；然后介紹如何通過結合機械設計技術、物聯網技術和3D打印技術，研制出一系列適合事故體驗的交互體驗設備，多方面地模擬災害事故現場，包括使用動感設備配合情節讓用戶在爆炸、坍塌等事故中感受到地動山搖的感覺，使用落石模擬設備配合情節讓用戶感受到頭頂被輕微撞擊的感覺，使用可穿戴式力反饋設備配合情節讓用戶感受到身體被飛濺的碎石打擊到的感覺；接著介紹如何針對應急管理行業的特殊需求，對真實工具、設備進行物聯網化改造，通過加裝傳感器和進行嵌入式開發將行業真實工具、設備轉換為應急仿真專用人機交互硬件；*后，通過對煤礦瓦斯爆炸事故虛擬現實再現系統、自行車交通事故虛擬現實警示系統和虛實結合的消防培訓系統進行詳細講解，使讀者循序漸進地學習應急仿真應用的開發流程、注意事項，以及學會應用適合事故體驗的交互體驗設備和應急仿真專用人機交互硬件開發不錯應急仿真的方法。
虛擬現實技術及其在應急管理中的應用 目錄
第1章緒論/1
1.1應急管理虛擬現實的研究意義/1
1.2應急管理虛擬現實的研究現狀/2
1.3應急管理虛擬現實的主要研究內容/3
第2章應急管理仿真的平臺架構和關鍵技術/5
2.1應急管理仿真平臺架構/5
2.2應急管理仿真關鍵技術/8
第3章應急管理仿真專用裝備/11
3.1體驗式裝備/11
3.2虛實結合人機交互裝備/19
第4章應急管理仿真典型案例——掘進機作業VR實訓系統/22
4.1硬件系統/22
4.2軟件系統/23
第5章應急管理仿真典型案例——液壓支架作業VR實訓系統/30
5.1系統架構/30
5.2液壓支架作業VR實訓流程/31
第6章應急管理仿真典型案例——井巷掘進及局部通風設計虛擬仿真實驗/36
6.1實驗方法與步驟要求/37
6.2實驗結果與結論要求/51
第7章應急管理仿真開發實例——自行車交通事故VR警示系統/54
7.1項目建立與配置/54
7.2設置場景光/56
7.3資源包/58
7.4預制體/60
7.5搭建場景/60
7.6搭建自行車/66
7.7雙向位紅綠燈介紹/76
7.8單個雙向位紅綠燈功能實現/76
7.9雙向位紅綠燈整體功能實現/81
7.10判定闖紅燈邏輯的分析/90
第8章應急管理仿真開發實例——虛實結合的公共火災事故應急培訓系統/93
8.1初始環境配置/93
8.2建立登錄場景/98
8.3建立培訓場景/104
8.4火焰蔓延功能的實現/106
8.5實現虛擬滅火器滅火功能/114
8.6接收實體滅火器的實時數據/123
8.7實現實體滅火器的位置追蹤/133
8.8搭建消防培訓VR用戶界面——創建UI面板/142
8.9建立消防培訓邏輯/147
參考文獻/153
1.1應急管理虛擬現實的研究意義/1
1.2應急管理虛擬現實的研究現狀/2
1.3應急管理虛擬現實的主要研究內容/3
第2章應急管理仿真的平臺架構和關鍵技術/5
2.1應急管理仿真平臺架構/5
2.2應急管理仿真關鍵技術/8
第3章應急管理仿真專用裝備/11
3.1體驗式裝備/11
3.2虛實結合人機交互裝備/19
第4章應急管理仿真典型案例——掘進機作業VR實訓系統/22
4.1硬件系統/22
4.2軟件系統/23
第5章應急管理仿真典型案例——液壓支架作業VR實訓系統/30
5.1系統架構/30
5.2液壓支架作業VR實訓流程/31
第6章應急管理仿真典型案例——井巷掘進及局部通風設計虛擬仿真實驗/36
6.1實驗方法與步驟要求/37
6.2實驗結果與結論要求/51
第7章應急管理仿真開發實例——自行車交通事故VR警示系統/54
7.1項目建立與配置/54
7.2設置場景光/56
7.3資源包/58
7.4預制體/60
7.5搭建場景/60
7.6搭建自行車/66
7.7雙向位紅綠燈介紹/76
7.8單個雙向位紅綠燈功能實現/76
7.9雙向位紅綠燈整體功能實現/81
7.10判定闖紅燈邏輯的分析/90
第8章應急管理仿真開發實例——虛實結合的公共火災事故應急培訓系統/93
8.1初始環境配置/93
8.2建立登錄場景/98
8.3建立培訓場景/104
8.4火焰蔓延功能的實現/106
8.5實現虛擬滅火器滅火功能/114
8.6接收實體滅火器的實時數據/123
8.7實現實體滅火器的位置追蹤/133
8.8搭建消防培訓VR用戶界面——創建UI面板/142
8.9建立消防培訓邏輯/147
參考文獻/153
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虛擬現實技術及其在應急管理中的應用 節選
1.1應急管理虛擬現實的研究意義 虛擬現實技術借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用、相互影響，可以使人產生親臨對應真實環境的感受和體驗，不但能對復雜的現場環境進行實時展現和動態交互，還可以逼真再現難以獲得的水、火相關災害的發生、發展過程，可廣泛應用于生產技能培訓、避險逃生演練以及災后心理重建等應急管理相關領域，具有安全性高、成本低、效率高等優點。 隨著計算機處理能力的提高，對應急管理培訓仿真應用的要求已經從實現幾何真實性向實現物理真實性以及行為真實性發展：幾何真實性要求仿真對象具有與實際環境及設備相同的幾何結構、尺寸、顏色與紋理，可以通過研制高精度虛擬模型、搭建支持真實感圖形渲染的應急管理仿真虛擬現實平臺實現這一要求；物理真實性需要仿真對象具有與實際情況相符的運動學屬性、動力學屬性、應力屬性、空氣動力學屬性等，而實現這一目標，必然要應用來自FLAC3D、Fluent等專業設計分析軟件的應力場、流場、熱場、設備運動和動力學等多物理場、多性能分析數據，但是，不同軟件對于分析對象的幾何網格劃分是不一致的，分析數據的表示方法也是不一致的，因此必須開發出相應軟件與應急管理仿真虛擬現實平臺之間的數字化接口，實現具有可擴展性、一致性和關聯性的數字化異構模型的表達、轉換與集成方法，為在生產工藝仿真及水、火災害的仿真過程中實現物理真實性提供數據支撐，同時還要研究虛擬現實環境中基于粒子系統的高真實感安全生產過程與FLAC3D地質變化模擬結果的映射技術以及火勢蔓延趨勢與流場、熱場分布情況相匹配的算法，在實現視覺仿真的基礎上實現物理仿真；行為真實性要求仿真環境中的仿真對象和虛擬角色能在外部激勵下做出與實際情況相同或相近的行為響應，由于應急管理虛擬現實研究對象是典型的復雜時變系統，其中人、機、環境等諸多因素相互交錯，各種信息表現出多源、異構、非結構化等特點，因此必須使用簡練、有效的知識表達方法來描述環境中的包括有大量語義知識的非圖形信息，如動態、復雜的行為規劃信息，以及反映環境中實體交互關系的語義知識，以達到行為真實性的仿真要求。 虛擬現實環境中理想的人機交互方式為，使用者利用自身真實姿態與虛擬環境進行交互，并通過觸覺反饋對虛擬物體的形狀、材質進行感知。由于全身穿戴式力反饋設備尚處于研究階段，對沉浸體驗要求較高的仿真系統一般會將實體操作臺與虛擬操作臺相結合作為其人機交互方案，使用者通過自身姿態操縱物理實體與虛擬環境進行交互的同時可自然獲得觸覺反饋，但是由于位置追蹤系統存在累積誤差，仿真應用運行一段時間后實體操作臺與虛擬操作臺間將無法保持嚴格的1∶1映射，視覺反饋與觸覺反饋間的偏差將使整個虛擬環境的可信度降低，引發使用者的“出境”感（明確感知到真實環境），因此，研究穩健性好、收斂速度快的算法對映射偏差進行實時糾正具有重大的學術研究價值。 2006年國務院印發《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》，將虛擬現實技術作為具有前瞻性、先導性和探索性的重大技術之一。在應急管理中開展虛擬仿真技術的研究，通過虛擬仿真技術再現安全生產工藝流程和事故災害的發生、發展及后果，具有重要的研究意義。然而，現階段國內應急管理仿真平臺大多還將關注點集中于實現幾何真實性上面，忽略了仿真過程中的物理真實性和行為真實性，同時還未出現通過使用者自身真實姿態進行沉浸式操作的應急管理仿真案例，因此，必須加快對現有的應急管理仿真虛擬現實平臺的改進，從實現幾何真實性向實現物理真實性以及行為真實性發展，同時分階段完成應急管理中語義知識的建模，研究先進的人機交互技術，為應急管理相關研究及培訓奠定更好的基礎。
虛擬現實技術及其在應急管理中的應用 作者簡介
陳超，華北科技學院，副教授，碩士學位，1977年5月出生,主要從事應急仿真、數字孿生礦山系統方向的研究。2015年主持完成河北省科技計劃項目1項，2019年主持完成河北省虛擬仿真實驗教學項目1項，2019年主持完成華北科技學院創新團隊1項，作為主要參與人參加國家自然科學基金項目1項、國家自然科學基金青年基金項目2項；2015年獲得河北煤炭工業行業協會科技成果二等獎1項；發表論文13篇，其中SCI檢索2篇，EI檢索3篇；申請發明專利11項（已授權1項）；獲得軟件著作權6項。
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