专利名称：全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及虚拟仿真技术领域，特别涉及一种全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统。
背景技术：
虚拟现实技术是利用计算机模拟产生一个三维的虚拟世界，为使用者提供视觉、听觉、触觉等感官上的模拟，让使用者产生身临其境的感受，可以实时地观察虚拟世界内的事物，并与之进行交互。目前，虚拟现实技术的应用范围非常广泛，在工程设计、飞行模拟、教育培训、游戏娱乐等方面得到广泛应用。目前，常见的虚拟现实系统包括桌面式虚拟现实系统、头戴式虚拟现实系统、CAVE式虚拟现实系统等。其中，桌面式虚拟现实系统结构简单，通常由普通计算机呈现虚拟场景，给使用者的体验较差，很难产生具有高沉浸性的虚拟环境。头戴式虚拟现实系统的沉浸感较好，但是使用者的视角较小，仅能观察到正前方60度左右的场景，而且人长期使用头戴式设备时会出现身体的不适。CAVE式虚拟现实系统的沉浸性最高，但造价非常昂贵，一套成熟的CAVE式虚拟现实系统需要花费高达400万美元，很难在实际中推广使用。另一方面，无论在实际应用还是学术研究领域，火灾逃生的相关问题都很难解决。在实际应用中，对人员消防技能的培训通常采用消防演习的方法，需要耗费较高的人力、物力成本，同时很难为人们呈现类似火灾逃生的场景；在学术研究领域，火灾逃生中人的行为研究一直困扰着很多学者，出于安全考虑，研究人员不能将人置于真实的火灾场景中开展实验研究，因此研究手段受到很大限制。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，包括:位于三维虚拟火灾场景中的旋转座椅，其中，用户置于所述旋转座椅上并控制自身在所述三维虚拟火灾场景中的运动；采集模块，用于采集旋转座椅的方位信息和速度信息；场景构建模块，用于构建预定场所的所述三维虚拟火灾场景，其中，通过六个大型显示器环绕而成的视觉系统全方位的呈现所述三维虚拟火灾场景；控制器，用于根据所述旋转座椅的方位信息和速度信息判断所述用户的逃生行为、并根据所述逃生行为渲染用户在所述预定场所中的逃生场景。本发明的一个实施例中，还包括:数据提取模块，用于提取所述用户在火灾场景中逃生行为时的特征数据。本发明的一个实施例中，用户通过安装在所述旋转座椅上的旋转阀控制自身在所述三维虚拟火灾场景中的前进或后退。本发明的一 个实施例中，所述三维虚拟火灾场景包括虚拟的火焰场景、爆炸场景、烟雾场景、和真实环境下的烟雾。
本发明的一个实施例中，所述场景构建模块还用于仿真三维虚拟火灾场景的声音，并通过所述控制器根据所述旋转座椅的移动调整仿真三维虚拟火灾场景的声音。 本发明的一个实施例中，用户在所述预定场所中的逃生场景通过多个环形显示器呈现360度的二维虚拟火灾场景。本发明的一个实施例中，所述特征数据包括逃生时间、逃生速度、路径长度、逃生路线、视觉搜索范围、注视点停留时间和生理指标的变化。本发明的一个实施例中，所述生理指标的变化包括皮肤导电性、心率和肌肉电位变化。本发明的一个实施例中，所述仿真三维虚拟火灾场景的声音包括火警警报声、燃
烧声、爆炸声、嘈杂声。根据本发明实施例的系统，通过环形的场景呈现方式和旋转座椅的交互方式给用户提供了真实感的虚拟场景，实现了高沉浸感、广视角的目的，使用户体验多通道的感官刺激，同时降低了系统的构造成本。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本发明一 个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的结构框图；图2为根据本发明一个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的数据处理示意图；图3为根据本发明一个实施例的旋转座椅的结构图；图4为根据本发明一个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的外观图；以及图5为根据本发明另一个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的结构框图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。图1为根据本发明一个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的结构框图。图2为根据本发明一个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的数据处理示意图。如图1所示，根据本发明实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统包括采集模块100、场景构建模块200和控制器300。采集模块100用于采集旋转座椅的方位信息和速度信息。具体地，用户置于位于三维虚拟火灾场景中的旋转座椅上，并通过旋转座椅控制自身在三维虚拟火灾场景中的运动。图3为根据本发明一个实施例的旋转座椅的结构图。如图3所示，旋转座椅的旋转轴上安装了角度传感器，用于采集用户转动的角度。该角度数据传递到数据采集电路，并通过串口传递给数据处理计算机(即控制器)。旋转座椅的右侧安装了行进旋转阀，用户通过旋转阀控制用户在三维虚拟火灾场景中的行进，例如，前进或后退以及行进速度。采集的该数据传递到数据采集电路，并通过USB接口传递给数据处理计算机(即控制器)。数据处理计算机对采集的用户操作数据进行处理，从而将用户的运动呈现在三维虚拟火灾场景中。场景构建模块200用于构建预定场所的所述三维虚拟火灾场景，其中，通过六个大型显示器环绕而成的视觉系统全方位的呈现所述三维虚拟火灾场景。具体地，系统通过六屏环绕的显示器输出三维虚拟火灾场景。六块47英寸的LCD显示器首尾相连，形成环形结构，用来显示使用者周围的环境场景。显示器通过Min1-DisplayPort 转接口连接到ATI Radeon HD5870显卡，并使用一台数据处理计算机(即处理器)来渲染场景及计算数据。每一块显示器的分辨率是1024X768，因此，系统显示的总分辨率可以达到6144X768。系统的声音通过音响系统输出。在本发明的一个实施例中，三维虚拟火灾场景是通过3dmax7软件设计并制作的，并通过Vega软件来实现用户与虚拟场景的交互功能。三维虚拟火灾场景包括虚拟的火焰场景、爆炸场景、烟雾场景、和真实环境下的烟雾。用户在预定场所中的逃生场景通过多个环形显示器呈现360度的三维虚拟火灾场景。在本发明的一个实施例中，预定场所是一个酒店场景。该酒店共有两层，楼层之间通过楼梯相连，场景中包含真实酒店中常见的大厅、前台、客房、会议室、洗手间等。酒店的安全出口位于大厅，在酒店的走廊处设置了紧急逃生标志来指引用户在紧急逃生时快速找到安全出口的位置。
在本发明的一个实施例中，火焰场景、爆炸场景和烟雾场景的模拟是通过Vega软件所提供的Special Eff ects模块是实现，进而可以方便、快捷地在场景中设置火焰以及爆炸的效果。火焰的位置、高度、燃烧的时间，以及爆炸效果的颜色、位置、触发的条件等都可以在Vega软件中进行设置。烟雾效果同样可以在Special Effects模块中进行设置,烟雾设置于火焰上方，以实现火焰燃烧时的烟雾效果。同时，在Enviixmment模块中还可以设置环境中的整体烟雾，如烟雾的可见度、烟雾的颜色等。在本发明的一个实施例中，场景构建模块还用于仿真三维虚拟火灾场景的声音，并通过控制器根据旋转座椅的移动调整仿真三维虚拟火灾场景的声音，例如，火警警报声、燃烧声、爆炸声、嘈杂声等。在本发明的一个实施例中，场景构建模块在三维虚拟火灾场景中加入了消防警报声、火焰燃烧声、爆炸声等背景声音。在Vega软件中可以设定声音的位置、声音的响度和音高、可以听到声音的距离范围等。当使用者靠近声音源时，声音的响度会提高，反之响度下降，即通过控制器根据旋转座椅的移动调整仿真三维虚拟火灾场景的声音。充分模拟现实环境中的声音特点。在本发明的一个实施例中，通过烟雾发生器在现实中产生烟雾，具体通过电加热甘油来产生烟雾，从而为用户提供了真实的嗅觉以及视觉的刺激。烟雾的产生可以通过无线遥控的方式来进行开启或关闭等控制，具有很强的灵活性。
控制器300用于根据旋转座椅的方位信息和速度信息判断用户的逃生行为、并根据逃生行为渲染用户在预定场所中的逃生场景。具体地，用户在三维虚拟火灾场景中根据火灾情况控制旋转座椅进行逃生，并通过控制器300将用户在三维虚拟火灾场景中逃生场景进行渲染。图5为根据本发明另一个实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统的结构框图。如图5所示，根据本发明实施例的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统还包括数据提取模块400。数据提取模块400用于提取用户在火灾场景中逃生行为时的特征数据。具体而言，数据提取模块400提取用户在火灾场景中逃生时的特征数据。该特征数据包括逃生时间、逃生速度、路径长度、逃生路线、视觉搜索范围、注视点停留时间和生理指标的变化，并且生理指标的变化包括皮肤导电性、心率和肌肉电位变化。 在本发明的一个实施例中，特征数据的提取方法有两种。其中，一种是通过数据处理计算机记录用户对旋转座椅的控制数据，该控制数据反应了用户在三维虚拟火灾场景中移动的行为特征。特征数据主要包括逃生时间、逃生速度、路径长度、逃生路线等。另一种是通过外部设备仪器记录使用者的行为数据。例如，通过眼动仪记录使用者在火灾场景中视觉搜索的范围、注视点停留的时间等，或者通过生理反馈仪记录用户在逃生过程中生理指标的变化。生理指标的变化包括皮肤导电性、心率、肌肉电位变化等。根据本发明实 施例的系统，通过环形的场景呈现方式和旋转座椅的交互方式给用户提供了真实感的虚拟场景，实现了高沉浸感、广视角的目的，使用户体验多通道的感官刺激，同时降低了系统的构造成本。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
权利要求
1.一种全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，包括: 位于三维虚拟火灾场景中的旋转座椅，其中，用户置于所述旋转座椅上并控制自身在所述三维虚拟火灾场景中的运动； 采集模块，用于采集旋转座椅的方位信息和速度信息； 场景构建模块，用于构建预定场所的所述三维虚拟火灾场景，其中，通过六个大型显示器环绕而成的视觉系统全方位的呈现所述三维虚拟火灾场景； 控制器，用于根据所述旋转座椅的方位信息和速度信息判断所述用户的逃生行为、并根据所述逃生行为渲染用户在所述预定场所中的逃生场景。
2.根据权利要求1所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，还包括: 数据提取模块，用于提取所述用户在火灾场景中逃生行为时的特征数据。
3.根据权利要求1所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，用户通过安装在所述旋转座椅上的旋转阀控制自身在所述三维虚拟火灾场景中的前进或后退。
4.根据权利要求1所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，所述三维虚拟火灾场景包括虚拟的火焰场景、爆炸场景、烟雾场景、和真实环境下的烟雾。
5.根据权利要求1所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，所述场景构建模块还用于仿真三维虚拟火灾场景的声音，并通过所述控制器根据所述旋转座椅的移动调整仿真三维虚拟火灾场景的声音。
6.根据权利要求1所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，用户在所述预定场所中的逃生场景通过多个环形显示器呈现360度的三维虚拟火灾场景。
7.根据权利要求2所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，所述特征数据包括逃生时间、逃生速度、路径长度、逃生路线、视觉搜索范围、注视点停留时间和生理指标的变化。
8.根据权利要求7所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，所述生理指标的变化包括皮肤导电性、心率和肌肉电位变化。
9.根据权利要求5所述的全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，其特征在于，所述仿真三维虚拟火灾场景的声音包括火警警报声、燃烧声、爆炸声、嘈杂声。
全文摘要
本发明提出一种全景式火灾紧急逃生的虚拟现实系统，包括位于环绕显示器中的旋转座椅，其中，用户置于旋转座椅上，并控制自身在三维虚拟火灾场景中的运动；采集模块，用于采集用户的方位信息和速度信息；场景构建模块，用于构建预定场所的三维虚拟火灾场景，其中，通过六个环绕而成的大型显示器呈现三维虚拟火灾场景；控制器，用于根据采集模块收集的旋转座椅的方位信息和速度信息判断用户的逃生行为、并根据逃生行为渲染用户在预定场所中的逃生场景。根据本发明实施例的系统，通过环形的场景呈现方式和旋转座椅的交互方式给用户提供了真实感的虚拟场景，实现了高沉浸感、广视角的目的，使用户体验多通道的感官刺激，同时降低了系统的构造成本。
文档编号G06F3/01GK103226390SQ20131018023
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者孟凡兴, 张伟 申请人:清华大学