基于HMD的船舶虚拟消防训练系统设计及实现

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.17-0182

系统仿真学报 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (1): 43-52.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.17-0182

基于HMD的船舶虚拟消防训练系统设计及实现

张波¹, 孙俊^1,2, 商蕾^1,2, 徐弘基¹, 杨诚³

1.武汉理工大学能源与动力工程学院,湖北武汉 430063;
2.国家水运安全工程技术研究中心,湖北武汉430063;
3.中国核动力研究设计院设计所,四川成都 610213

收稿日期:2017-05-02 修回日期:2017-07-20 出版日期:2019-01-08 发布日期:2019-04-16
作者简介:张波(1993-),男,湖北武汉,硕士生,研究方向为虚拟现实技术应用;孙俊(1968-),男,湖北武汉,博士,教授,研究方向为系统仿真;商蕾(通讯作者1974-),女,湖北武汉,博士,副教授,研究方向为虚拟现实技术应用。
基金资助:
国家自然科学基金(51379170)

Design and Realization of Ship Virtual Fire Training System Based on HMD

Zhang Bo¹, Sun Jun^1,2, Shang Lei^{1, 2}, Xu Hongji¹, Yang Cheng³

1.School of Energy and Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063, China;
2. National Engineering Research Center for Water Transport Safety, Wuhan 430063, China;
3. Nuclear Power Design and Research Sub-institute, Chengdu 610213, China

Received:2017-05-02 Revised:2017-07-20 Online:2019-01-08 Published:2019-04-16

摘要/Abstract

摘要： 针对目前真实环境下船舶消防训练存在的不足及虚拟现实技术在教育培训中的优势和应用,开发基于头戴显示器(Head Mounted Display,简称HMD)的船舶虚拟消防训练系统。系统以Unity3D虚拟现实开发引擎为平台,采用客户端/服务器模式,支持多人协同操作,运行终端为HTC Vive虚拟现实硬件。系统将火灾扩散机理,消防射水动力学方程与粒子系统结合,完成模型建立及可视化过程,提高消防训练场景的真实感。系统最终运行在虚拟现实硬件终端,经过学员体验和测试,得到较好的反馈结果。

关键词: 船舶消防训练, 虚拟现实, Unity3D, 头戴显示器

Abstract: Aiming at the shortcomings of ship fire training in real environment and the advantages and application of virtual reality technology in education and training, the virtual fire training system of ship based on head mount display (HMD) is developed. The system is developed using the Unity 3D Virtual Reality Development Engine as a platform, using client / server mode, supporting multi-person cooperative operation, and running the terminal for HTC Vive virtual reality hardware. The system combines the fire diffuser mechanism, the water shooting hydrodynamic equation and the particle system; completes the model establishment and visualization process, and improves the realism of the fire training scene. The system finally runs in the virtual reality hardware terminal. Through the experience and the test, the good feedback results are obtained.

Key words: ship fire training, virtual reality, Unity3D, head mounted display

中图分类号:

TP391.9

张波, 孙俊, 商蕾, 徐弘基, 杨诚. 基于HMD的船舶虚拟消防训练系统设计及实现[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(1): 43-52.

Zhang Bo, Sun Jun, Shang Lei, Xu Hongji, Yang Cheng. Design and Realization of Ship Virtual Fire Training System Based on HMD[J]. Journal of System Simulation, 2019, 31(1): 43-52.

参考文献

[1] 刘书平. 船舶高级消防[M]. 人民交通出版社;大连海事大学出版社, 2012: 2-3.
Liu S.Ship senior fire[M]. People's Communications Press; Dalian Maritime University Press, 2012: 2-3.
[2] 张凤军, 张弛, 王亮, 等. 桌面虚拟现实环境下的双手交互技术[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2006, 18(11):1698-1703.
Zhang S, Zhang C, Wang L, et al.Two-hand interactive technology in desktop virtual reality environment[J]. Journal of Computer-Aided Design and Computer Graphics, 2006, 18(11):1698-1703.
[3] 赵沁平, 周彬, 李甲, 等. 虚拟现实技术研究进展[J]. 科技导报, 2016, 34(14): 71-75.
Zhao Q, Zhou B, Li J, et al.Progress in Virtual Reality Technology[J]. Science and Technology Review, 2016, 34(14): 71-75.
[4] 曹煊. 虚拟现实的技术瓶颈[J]. 科技导报, 2016, 34(15):94-103.
Cao X.Technical bottleneck of virtual reality[J]. Science and Technology Review, 2016, 34(15): 94-103.
[5] 周忠, 周颐, 肖江剑. 虚拟现实增强技术综述[J]. 中国科学: 信息科学, 2015, 45(2): 157-180.
Zhou Z, Zhou Y, Xiao J J.Study on Virtual Reality Enhancement Technology[J]. Science in China: Information Science, 2015, 45(2): 157-180.
[6] 伍朝辉, 郭瑜, 王辉, 等. 虚拟现实交通运输应用研究综述[J]. 系统仿真学报, 2016, 28(10): 2289-2297.
Wu C H, Guo Y, Wang H, et al.Study on Virtual Reality Transportation Application Research[J]. Journal of System Simulation, 2016, 28(10): 2289-2297.
[7] 张玉军, 邢辉, 汤华军. 沉浸式虚拟训练中的虚拟手操控技术研究[J]. 计算机测量与控制, 2017, 25(2): 81-84.
Zhang Y J, Xing H, Tang H J.Study on Virtual Hand Control Technology in Immersive Virtual Training[J]. Computer Measurement and Control, 2017, 25(2): 81-84.
[8] 江军, 李玥庆. 虚拟现实的交互方式分析[J]. 集成电路应用, 2016, 24(12): 84-86.
Jiang J, Li Y Q.Analysis of interactive reality of virtual reality[J]. Application of Integrated Circuits, 2016, 24(12): 84-86.
[9] 杨福龙, 曹佳, 白夜. 基于元胞自动机的林火蔓延三维模拟仿真研究[J]. 计算机工程与应用, 2016, 52(19): 37-41.
Yang F L, Cao J, Bai Y.Three-dimensional simulation of forest fire spread based on cellular automata[J]. Computer Engineering and Applications, 2016, 52(19): 37-41.
[10] Innocenti E, Silvani X, Muzy A, et al.A software framework for fine grain parallelization of cellular models with OpenMP: application to fire spread[J]. Enviromental Modeling & Software (S1364-8152), 2009, 24(7): 819-831.
[11] JRIOU K, KOBAYASHI K. Large Area Fire, Fire Handbook[M]. Fire Institution of Japan. Tokyo: Kyoritsu Publication Co. Ltd, 1997.
[12] 常壮, 邱金水, 张秀山. 基于虚拟现实技术的舰船虚拟消防训练系统体系架构研究[J]. 中国舰船研究, 2009, 4(3): 56-61.
Chang Z, Qiu J S, Zhang X S.Study on Architecture of Ship Virtual Fire Training System Based on Virtual Reality Technology[J]. China Ship Research, 2009, 4(3): 56-61.
[13] 方浩, 孙世波, 陈娣, 等. 基于SPH的泥石流可视化仿真研究[J]. 计算机仿真, 2012, 29(11): 312-315.
FANG H, SUN S B, CHEN D, et al.Study on Visualization Simulation of Debris Flow Based on SPH[J]. Computer Simulation, 2012, 29(11): 312-315.

[1]	陆承, 靳学胜. 基于Steam VR的交互仿真水枪灭火训练系统设计[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1312-1319.
[2]	周晓光, 朱鹏, 张源原, 路欢, 周媛. 六自由度跳伞模拟训练系统设计与实现[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1320-1329.
[3]	许世健, 赵丹, 苏铖宇, 王赋攀, 张晓蓉, 王昉, 吴亚东. 面向流场可视化的沉浸式虚拟现实交互系统研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1160-1172.
[4]	孙佳文, 任鸿翔, 肖方兵, 蒋效彬. 基于虚拟现实的整船仿真训练平台[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(9): 2243-2251.
[5]	侯守明, 葛倩, 刘彦彦. 基于MAR的非物质文化遗产数字化保护系统研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(6): 1334-1341.
[6]	魏士松, 周正东, 章栩苓, 毛玲, 贾峻山, 刘传乐. 基于桌面虚拟现实技术的航天器虚拟维修训练系统[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(6): 1358-1363.
[7]	李承恩, 邹湘军, 曾泽钦, 何建华, 李慧, 黄钊丰. 基于虚拟碰撞体的弧齿锥齿轮网格实体构建算法[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(4): 837-844.
[8]	徐劲力, 周铮. 基于HoloLens的有限元分析变形结果可视化研究[J]. 系统仿真学报, 2021, 33(1): 109-117.
[9]	贾春洋, 邹湘军, 李锦慧, 曾泽钦, 王杰. 虚拟环境下的复杂变速箱交互式装配仿真平台[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(9): 1736-1743.
[10]	任福深, 孙雅琪, 胡庆, 李兆亮, 孙鹏宇, 范玉坤. 基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(8): 1546-1555.
[11]	郭园, 童倩倩, 郑宇铠, 王子琦, 张玉茹, 王党校. 融合多元触觉和沉浸式视觉的可移植VR软件框架[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(7): 1385-1392.
[12]	文国军, 夏雨, 王玉丹, 胡自飞, 吴丹. 基于Unity3D的水平定向钻机虚拟实训系统设计[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(5): 801-807.
[13]	孙小添, 肖伯祥, 刘正东. 群体演出活动服装虚拟仿真系统设计与实现[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(11): 2282-2287.
[14]	刘畅, 贾金原, 陆一凡, 张乾, 赵磊. 光图树：Web3D动态场景全局光照的协同实时渲染[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(8): 1591-1604.
[15]	谭力恒, 马强, 蒋秉川, 李锋. 面向头盔式虚拟现实的OsgEarth立体视觉生成方法[J]. 系统仿真学报, 2019, 31(7): 1290-1299.

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