虛擬現(xiàn)實技術在安全工程中的應用

　　【摘要】論述了虛擬現(xiàn)實技術（）的基本原理、應用范圍。結合大空間公用建筑火災虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，提出了安全工程中應用虛擬現(xiàn)實技術的基本結構及程序設計關鍵技術，給出了大空間公用建筑火災虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)編制實例。
　　【關鍵詞】安全工程虛擬現(xiàn)實火災救災
　　
　　
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　　引言
　　安全是保障人類生存和生活質量的重要方面。隨著人類社會的進步和生活水平的提高，人們對自身安全的要求越來越高。社會活動中，存在著大量不安全因素，要保證人的安全，離不開對社會環(huán)境的真實了解——安全管理人員需要了解管理區(qū)域內存在的事故隱患；科研人員需要向人們真實反映其安全研究的的成果；而普通人則需要有一定的安全知識和防范意識。這些都需要人們能處于真實的環(huán)境中，如安全管理人員能根據發(fā)生災害而對其現(xiàn)場的真實環(huán)境進行正確的決策；而科技人員需要將研究的方法、設備、儀器等應用于真實的環(huán)境進行檢驗；普通人也需要在現(xiàn)實的環(huán)境中接受安全教育、救生訓練等；設計人員需要在真實的環(huán)境中驗證設計的安全性。上述情況都離不開人類生存的現(xiàn)實社
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算機模擬結果的真實化再現(xiàn)
　　安全科學的研究成果需要用直觀的形式表示出來，使用技術與多媒體及可視化技術相結合，可以創(chuàng)造一種虛擬的真實環(huán)境，可以將孤單的研究公式、計算數(shù)值用完全真實的立體效果表示出來，并且人們可以交互式地控制這種表示結果，可以通過動態(tài)改變參數(shù)（這種改變不一定要由人輸入數(shù)據，而可以由人操縱某種設備，如數(shù)據手套等進行近乎自然的交互方式）來觀察計算結果。
　　安全性能設計
　　任何社會產品（也包括安全產品）都應該有其自身的安全性。而人們在產品未生產出前，是無法真實感受其安全性的，而技術可以預先為其提供一種虛擬的真實產品模型，讓設計者和使用者在產品付諸生產之前就能親身感受到該產品的安全性能，從而為設計者提供改進的依據。
　　救災指揮決策
　　發(fā)生事故時，救災指揮者一方面需要準確掌握事故現(xiàn)場的情況，另一方面要了解事故可能的發(fā)展趨勢，甚至有時需要進行遠程指揮（如主要事故處理專家一時無法到達事故現(xiàn)場），這時可以應用技術與其它模擬技術相結合的方式來完成。此外，還可以利用技術來模擬未發(fā)生的事故，進行對人員的訓練工作。
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　　可以針對某些事故及一定區(qū)域建造事故模擬和訓練的系統(tǒng)，讓人們在真實的環(huán)境中接受事故預防的教育及事故搶險人員的操作訓練，從而提高人們對事故的感知度及搶險人員的技術操作水平和戰(zhàn)斗力。
　　安全工程虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)結構
　　由于安全工程涉及范圍廣泛，所以對不同領域的安全工程系統(tǒng)的側重面就可能有所不同。本文以大空間建筑火災系統(tǒng)為例進行介紹。
　　中國科學技術大學和中國礦業(yè)大學合作，針對大空間建筑火災的特點，建立了大空間建筑火災系統(tǒng)。這是國內目前安全領域所建立的唯一系統(tǒng)。建筑火災的系統(tǒng)主要有兩個方面，一是要考慮建筑物本身的結構模型的真實性；二是火災模擬的真實性。本文論述的大空間建筑火災系統(tǒng)結構主要包括兩個模型、兩個接口及一套外圍設備，即：
　　建筑物真實感三維立體模型系統(tǒng)；
　　火災煙氣及火焰模型系統(tǒng)；
　　三維模型運動及控制接口；
　　外圍設備與兩個模型的接口；
　　虛擬現(xiàn)實外圍設備系統(tǒng)；
　　各部分關系，如圖所示：
　　
　　
　　圖大空間公用建筑火災虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)結構
　　
　　使用者通過外圍設備系統(tǒng)經由主計算機系統(tǒng)使用外圍設備，例如：計算機鼠標、數(shù)據手套等操作設備，通過三維模型運動控制接口程序控制建筑物及火災的運動。建筑物模型及火災模型本身由專用三維處理程序建立，具有真實三維立體感。經過控制運動的兩個模型，通過外圍設備與模型接口程序，將結果顯示輸出到外圍設備，例如：計算機顯示器、立體眼睛等。操作者可以根據這一循環(huán)的結果，決定下一個循環(huán)的操作過程。從而經過不停地循環(huán)，達到真實模擬和實時控制的操作環(huán)境。
　　用戶可以使用鼠標，控制人員在建筑物中漫游，例如：按動鼠標左鍵，然后移動鼠標可以沿各個方向運動；按動鼠標右鍵，左右移動鼠標，可以實現(xiàn)建筑物的左右旋轉用上下光標鍵，可以上下移動建筑物。用戶也可以使用數(shù)據手套拾取滅火器并對其進行開啟操作，以實現(xiàn)滅火的操作；可以用大拇指按動模擬人對滅火器開關的操作，從而使人感覺到似乎是在真實地操作滅火器。而用戶若通過立體眼睛觀察時所得到的三維模型為具有極強的深度感的三維物體，即兩個有前后距離的物體，看起來其間有一段真實的距離前邊的物體似乎是在計算機屏幕外邊。
　　系統(tǒng)軟件支撐環(huán)境和硬件設備的選擇
　　系統(tǒng)軟件支撐環(huán)境選擇是建立真實感模型及控制的關鍵。選擇時，要考慮程序的使用范圍。硬件設備的選擇應根據經濟條件來決定。
　　模型的建立，可采用專用的軟件系統(tǒng)，例如：*、等，然后再使用專用的轉換軟件轉換到所使用的三維開發(fā)環(huán)境中；還可以直接用三維開發(fā)環(huán)境進行開發(fā)，例如：、*及虛擬現(xiàn)實專用軟件開發(fā)系統(tǒng)等。本系統(tǒng)采用開發(fā)語言，調用三維立體圖形接口建立模型。是公司開發(fā)的三維圖形繪制接口，它可以運行在 ……（未完，全文共4157字，當前僅顯示2099字，請閱讀下面提示信息。收藏《虛擬現(xiàn)實技術在安全工程中的應用》）