[發明專利]一種虛擬消防訓練系統

有效

• 申請號: 201710055474.X
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106816057B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 林靈;朱江;吳疆;王荷蘭;吳佩英;宋宏;劉果
• 申請（專利權）人: 公安部上海消防研究所
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;A62C99/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

1.一種虛擬消防訓練系統，包括背負式虛擬實戰訓練系統和背負式虛擬終端控制系統，背負式虛擬實戰訓練系統在云端服務器上運行，背負式虛擬終端控制系統在背負式終端上運行，

位于云端服務器上的背負式虛擬實戰訓練服務系統包括用戶管理模塊、訓練數據模塊、場景數據模塊、數據管理系統、虛擬火場環境生成模塊、火場流體AI控制模塊、設備交互效果控制模塊、多人協同AI控制模塊、虛擬訓練場景系統和場景管理系統，其中：

用戶管理模塊，是對訓練參與人員的信息化管理模塊，針對訓練者的大數據采集，以及身體狀況的時序性記錄，以供系統進行訓練強度控制參照，

訓練數據模塊，記錄訓練實時數據，并負責進行數據回放功能的實施，為部隊教導人員，對實訓人員的訓練過程、訓練動作以及在不同場景下的團隊配合實訓信息進行回放、展示、總結、匯報功能的實現，

場景數據模塊，是針對虛擬場景的模型數據進行管理整合的管理模塊，本模塊集合各種場景中的獨立精致近景模型體和綜合遠景場景模型，并在不同的訓練需求中按照管理設定進行自由組合形成適合于實訓的災害現場虛擬訓練場景，以供訓練使用，

數據管理系統，針對用戶管理模塊、訓練數據模塊、場景數據模塊進行管理的系統模塊，針對這三個模塊的后臺匯總、數據的增刪改查，以及相應大數據收集計算功能的實現，同時根據訓練需求，匯總訓練場次中的任務、人員、場景等實時數據，與場景管理系統進行通訊，生成可供訓練使用的虛擬場景構建，

虛擬火場環境生成模塊，根據場景數據和訓練需求進行篩選整合，生成符合訓練邏輯的虛擬訓練場景，其中包括近景交互性模型、中遠景環境模型和遠景天空模型，以達到在實訓中能夠有高度沉浸感的目的，

火場流體AI控制模塊，根據場景數據和訓練需求，對場景中各種不同的流體按照場景需求實施前期預判，利用AI智能算法，描繪流體運行路徑上各種發生可能性，并根據運算結果進行云端計算和云端粒子預渲染功能，以減小終端計算量，降低終端對場景流體實時渲染的計算壓力，

設備交互效果控制模塊，為虛擬場景實體化外聯模塊，根據實訓需要，本模塊實時對外進行通訊，控制外部設備，配合虛擬場景，對訓練人員的體感、嗅覺、溫度、重力、氣候環境，進行實景仿真效果的控制，本模塊基于串口通訊和TCP/IP協議的網絡通訊控制，

多人協同AI控制模塊，是針對團隊訓練進行控制的功能模塊，本模塊在虛擬場景中團隊人員交互通訊、交互視覺、交互后果幾個方面進行智能計算，根據團隊訓練中各個組員對虛擬場景的交互，進行事件發展預判，從而反作用于其他組員的體驗場景，以達到團隊協作的訓練真實感，

虛擬訓練場景系統，是針對虛擬火場環境生成模塊、火場流體AI控制模塊、場景管理系統、多人協同AI控制模塊，對各個模塊的匯總管理，將以上四個模塊所產生的運算結果作用于虛擬場景體系，并將實時收到的反饋按照各個模塊的功能分配給這四個模塊進行運算，同時，本模塊負責與終端系統的通訊連接，發送經過預計算和預渲染的虛擬場景數據，接收終端交互反饋數據，并根據需要，向場景管理系統發送數據請求，以獲得場景中需要的各類模型體數據，

場景管理系統，是連接數據管理系統和虛擬訓練場景系統的中間緩沖數據紐帶，本模塊根據數據管理系統生成的實訓需求數據，配置相應的模型場景需求，并從數據管理系統中獲得所需的備用模型數據，根據虛擬訓練場景系統的實時需求進行模型的針對性優化數據供給，針對模型在虛擬訓練場景系統中的位置需求，分近、中、遠三個層次進行優化模型，以減低場景中多邊形總量，減輕設備終端運行時的計算壓力，

位于背負式終端設備上的背負式虛擬終端控制系統，包括云渲染數據流控制模塊、場景顯示模塊、互動控制模塊、雙目立體影像視網膜投射系統、位置采集模塊和動作采集模塊，其中：

云渲染數據流控制模塊，通過無線網絡與服務器主機進行數據交換，從云空間下載構建實訓場景需要的經過云端預渲染的模型構件和組成實訓場景的規則等數據，并分配至場景顯示和互動控制模塊，并從互動控制模塊采集經過處理的交互數據發送給服務器上的虛擬訓練場景系統進行交互處理，

場景顯示模塊，由云渲染數據流控制模塊獲得虛擬實訓場景的顯示位置數據，并根據受訓人員在虛擬空間的相對位置坐標，以受訓人的視覺范圍進行實時渲染，并將不同角度的渲染結果發送給雙目立體影像視網膜投射系統，進行視覺投放，

互動控制模塊，收集位置采集模塊和動作采集模塊傳輸來的相對位置坐標數據和交互觸發數據，并根據這些數據和場景進行的相互碰撞，而計算出實訓人員在虛擬場景中的絕對位置數據，傳輸給云渲染數據流控制模塊，以計算實訓人員交互動作對場景及顯示產生的被動型變化，

雙目立體影像視網膜投射系統，由場景顯示模塊獲得虛擬實訓場景的渲染結果，并根據受訓人員的瞳距差生成兩幅具有視差的投射圖像，通過目鏡在人眼中生成虛像，從而使受訓人員能夠感受到真實的空間立體場景，同時，通過接近人體視覺的畫面掃描頻率，減弱人體對虛擬場景中運動同步產生的暈眩感，

位置采集模塊，通過陀螺儀、激光定位等外部設備，采集受訓人員在真實環境中的位置數據，并傳輸給互動控制模塊，以獲得受訓人在虛擬場景中的位置變化數據，實現受訓人在虛擬場景中的坐標移動數據，

動作采集模塊，接收無線連接的外部實體設備在真實空間中位置的變化數據，從而根據這些數據與標準點之間的角度和距離的變化關系，計算出外部交互設備與受訓人體之間的相對位置變化數據，從而傳輸給互動控制模塊，以便在虛擬場景中控制與外部實體設備相應的虛擬設備的運動，從而實現虛擬設備在虛擬場景中的交互。