228 / 2022-10-06 21:30:29

消防机械臂操作VR仿真训练系统

消防,VR,机械臂仿真

A. 普通高校组-应用类 > A3组：智能互动（VR+头盔设备、VR+生活娱乐、VR+游戏、VR+AI等）

       为全面提升消防员针对高层建筑火灾事故时操纵登高平台消防车的熟练度及应急救援处置能力，我们调查了消防救援队伍在高层建筑这一场景下灭火救援训练时面临的问题，并提出了一种将虚拟现实可视化技术和应急救援训练内容相结合的模拟演练方法。通过虚拟现实技术复刻各种典型火灾现场场景并实现交互式体验，以达到让消防救援人员在虚拟环境中进行真实化、实战化、专业化的模拟演练。这在极大程度上提升了消防员操纵登高平台车的能力，也解决了目前消防救援队面临的训练难题。

      参赛作品使用的模型基于Unity 物理引擎、以消防登高平台车为研究对象、使用 Unity3D（2019 版）作为登高车模型的主要开发软件。同时，使用Autodesk三维建模软件配合Photoshop 软件创建2D模型贴图以搭建场景效果，使用 Visual Studio Professional 编辑C#脚本语言实现Steam VR场景的交互，使用Unity3D软件自带的粒子系统，模拟火灾发生时产生的烟气效果。将模型进一步开发，可通过编写渲染脚本，将FDS的模拟结果读入 Unity3D，利用其中的 Shader 模块对烟气流动效果进行渲染。

      由于模型主要研究对象——消防登高车的应用场景是高层建筑物的灭火与救援工作，其特殊场景性注定了在进行实际救援工作时会面临火灾荷载大、烟气扩散迅速、疏散手段有限等窘迫状况，而登高平台车正是专门针对扑救高层建筑火灾、解救被困人员的产品，对其进行的模型搭建和研究具有很强的必要性。现实场景中登高平台消防车通过旋转摆动伸缩臂来进行灭火和救援，平台车配有可旋转底座、多节可伸缩式直臂、高空升降平台以及消防水炮。受限于平台车数量和训练场地的特殊性，消防工作往往无法有效、定期开展日常操作训练，而基于unity技术开发建立的虚拟仿真模型，既能通过三维建模搭建的方式复现平台车的特殊结构、功能及现实物理世界中的各类场景又能解决在实操训练中遇到的的重重困难。

      基于unity技术开发的模型将消防登高车及其使用场景以虚拟生动的方式展现出来。将虚拟现实技术和应急救援训练相结合，模拟不同典型灾害事故场景，给消防救援人员日常训练提供一种新的方式。相较于以往的耗时耗力耗财的培训、训练方式，虚拟仿真式教学、培训的开发成本、维护成本低，操作方便快捷，体验效果良好，可以不断地开发升级。

       应用虚拟仿真技术构建的仿真系统在降低实物训练成本和保证人员安全的前提下, 让消防救援人员进行多样化、真实化、专业化的模拟演练。这将极大程度的提高消防救援人员对典型灾害事故的模拟训练水平、协同作战能力及应急救援处置能力。同时，使用Unity3D中的插件可实现全程量化数据的跟踪, 方便验证操作者操作的正确性，进而有效提高用户对实际场景的应变决策能力。

    据调查部分发达国家已将虚拟现实技术广泛应用于消防领域，反馈表明，通过虚拟操作的训练可以明显提高操作水平。消防部队所承担的任务越来越重,如何高效率的实现云梯车的日常训练,是消防部队的一个重要课题, 而该虚拟现实技术在消防部队的应用, 将极大程度地改进训练方法、提高训练效率。