CN102136205A

CN102136205A - 地震应急处置演练平台

Info

Publication number: CN102136205A
Application number: CN2011100690145A
Authority: CN
Inventors: 周柏贾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2011-07-27

Abstract

本发明地震应急处置演练平台，所属虚拟仿真应用软件领域。近年来，政府应急管理部门普遍重视开展地震应急演练，广泛采用的是实战演练和“桌面演练”。实战演练涉及人员多、组织难度大、经费需求高。而图片讨论式的“桌面演练”无法提供相对真实的地震灾害场景和生动的应急背景。因此借助计算机虚拟现实技术和网络技术，开发一套地震应急处置演练平台。平台主要有四大组件如摘要附图所示：场景编辑器创建场景和事件；导演组控制演练进程，实时地注入信息；演练组针对相应的事件做出应对；评估组对演练情况进行评价。演练平台使受训者“沉浸”于相对真实的地震灾害现场，从而增强受训者临场感，提升应急处置能力。

Description

地震应急处置演练平台

技术领域

本发明所属为虚拟仿真应用技术领域，涉及到虚拟现实技术、三维仿真建模技术、三维场景渲染等关键技术。

背景技术

地震作为一种自然现象，在地球上频繁发生，曾经在人类历史上导致了无数灾难，特别在过去的几十年，世界上人口密集地区的灾害频繁发生，造成了大量的人员伤亡与财产损失。为了使政府应急管理人员在地震发生时，快速科学地开展应急处置，把灾害损失降低到最低，那么就需要对应急管理人员培训和演练。目前广泛采用的是综合演练和桌面演练。在综合演练中，要求对应急反应组织和人员进行动员并部署到指定地点和位置，在一定的时段内对模拟事件做出反应，但这种实战综合模拟演练涉及人员多、组织难度大、经费需求高、废墟和训练设施的搭建费用高，不可能成为常态的演练方式。桌面演练旨在激发对于一个假设情况讨论各种问题。虽然组织方便、经济实用、形式灵活，但无法提供相对真实的灾害场景和生动的应急背景。

“十一五”期间，国家地震紧急救援训练基地开展地震现场救援虚拟仿真训练***的研发，实现在虚拟地震现场环境中开展应急救援全过程的模拟训练。目前还存在多方面的不足之处：一方面，模拟的场景比较微观，主要针对救援队员开展现场救援训练，并没有模拟宏观场景，也就是针对应急管理人员的宏观决策分析和应急资源调度等演练。而另一方面，软件需要借助于具有强大图形图像运算功能的图形工作站。模拟的地震灾害场景仅仅局限于几个街区，无法呈现大规模的建筑物和地形的图形、人物、动画仿真。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，开发一套针对政府应急管理人员开展演练的地震应急处置演练平台。主要采用实时图形图像渲染技术，流畅地模拟地震现场的三维可视化效果；采用骨骼动画技术真实地模拟震后灾民的各种动作和表情；采用实时物理引擎技术实时地模拟计算建筑的坍塌效果，不仅能给出逼真的动画效果，而且能模拟比较真实的数学模型和逻辑推演；采用粒子***逼真地模拟出各种烟雾、火焰、水流效果；

本发明采用推演逻辑模块和脚本接口紧密结合，能实时地将任何时刻的推演数据传输给渲染层进行组织渲染，并且通过实时物理引擎模块能根据参数和上一帧场景的内容实时计算下一帧的物体运动和楼房坍塌效果；采用网络协调模块对参加演练角色客户端之间进行了大量的通信和同步工作。

因为地震发生的模拟地点通常都是城镇，而城镇中又含有大量的建筑和人物。针对传统的虚拟现实仿真中无法呈现大规模的建筑和地形的图形、人物、动画仿真的问题。所以本发明针对这一特点进行了渲染层级和场景细节度都进行详细的划分和优化。采用了选择性的物理引擎计算、视锥裁剪技术、LOD分层表现技术以及利用了GPU编程技术来综合实现了整个演练城市的地震过程模拟。模拟过程从整个城市的鸟瞰图到各个建筑的动画效果都是先了无缝切换并且能在普通PC机器上流畅运行。

附图说明

图1演练平台组成结构；

图2软件模块结构图；

图3物理模拟流程图。

具体实施方式

结合说明书附图对发明的具体实施方式说明。

开发的地震应急处置演练平台主要有四大组件：地震灾害场景编辑器、演练控制组、演练实施组和演练评估组。演练组织过程如图1所示：

演练控制组负责对演练的过程进行管理，控制演练进程，在各阶段触发事件以及注入相应信息。

演练实施组，演练实施组是演练的受训对象，可以根据学员的人数分为多组，每组设组长1名，负责对任务进行分工，组织全体组员积极参与讨论。通过观察、分析、判断各阶段注入的信息和事件，对其进行处置或提出决策分析意见。

演练评估组，演练评估组负责观察各小组的演练情况，依据***判分、自身经验、***提供的评价要点对学员的决策和处置进行检查确认，设置评语，在演练结束后进行点评。

软件模块结构图如图1所示：

1)地震应急处置演练平台直接面向用户的最终应用程序。通过对地震灾害仿真***的二次开发而实现各种不同的地震灾害应急演练平台。目前实现有“地震应急救援仿真演练平台”、“地震应急预案仿真推演平台”等。

2)地震灾害仿真***是本发明体系结构中最上层***，组织管理地震发生时的各种逻辑推演流程，通过脚本接口传输演练的实时推演数据到虚拟现实模块。

3)脚本通讯模块在地震灾害仿真模块和虚拟现实核心模块的交流进行封装。对上层地震灾害仿真模块采用比较通俗的脚本语言以方便脚本开发者进行场景组织，对下层虚拟现实核心引擎模块采用直接调用API接口的方式提高处理效率。

4)虚拟现实引擎模块组织管理物理引擎、图形学引擎、网络引擎三大模块协同工作。

5)物理引擎模块将场景模型进行物理运动模拟、计算虚拟物体之间的碰撞、力学结构、速度加速度等特性，同时也模拟地震灾害中的一些其他功能，如***、倾斜、连接断裂等运动效果。物理模块之间调用图形图像学模块的API接口，以提高渲染效率。

6)图形图像学模块组织渲染三维场景，包括模型、相机、骨骼动画、粒子特效等。

7)网际协同模块将虚拟现实场景中需要同步的物体进行网络传输，实现多人协同演练的功能、保证物理引擎中关键物体的同步，并且包含有文字、语音聊天***方便使用者之间进行交流。

8)场景脚本资源通过脚本来组织演练城市和地震、余震时间的故事脚本，场景脚本资源可以通过地震灾害仿真***进行可视化的编辑和管理。

9)模型、贴图、语音资源库用于三维渲染的模型、贴图、力学结构等数据。这些资源可以用过虚拟现实引擎模块进行响应的编辑和管理。

为了真实的反映用户操作对虚拟世界的反映，我们采用了图3的物理模拟流程图。

1)首先用户在客户端进行演练的时候，将其操作进行解析。输入分析主要作用是区分对场景逻辑产生影响的操作(比如救援队员在虚拟场景中支撑起一个支架)。

2)将有效的操作结果传送到逻辑服务器。

3)逻辑计算服务器采样场景脚本数据库中的演练脚本，然后对当前的场景状态进行推演。(比如演练脚本中标记了当时有一场余震，而客户端1已经输入了比较稳固的支撑结构对某个建筑，那么这个建筑就不会倒塌。)

4)将逻辑模拟结果广播返还给客户端。

5)客户端逻辑模块进行结果分析，通过返还的结果在经验力学结构图中(V型倒塌、A形倒塌)选择各个建筑的力学结构。

6)将力学模型构造成用于物理动画效果计算的格式。

7)利用物理引擎计算动画效果并最终渲染。

Claims

1.一种针对应急管理人员开展地震应急演练的虚拟仿真***，其特征在于不同演练角色(导演组、演练组、评估组)可以基于网络开展协同演练。

2.权利要求书1中的虚拟仿真***，其特征在于采用实时图形图像渲染技术，流畅地模拟地震现场的三维可视化效果。

3.权利要求书1中的虚拟仿真***其特征在于建立了各类建筑物和基础设施地震灾害破坏模型，模拟强震造成的不同建筑物和基础设施毁坏、严重破坏和一般一中等破坏不同场景及其在空间上的分布规律，采用实时物理引擎技术实时地模拟计算建筑的坍塌效果，不仅能给出逼真的动画效果，而且能模拟比较真实的数学模型和逻辑推演。

4.权利要求书1中的虚拟仿真***，其特征在于采用粒子***逼真地模拟出各种烟雾、火焰、水流效果。

5.权利要求书1中的虚拟仿真***，其特征在于渲染层级和场景细节度都进行详细的划分和优化。采用选择性的物理引擎计算、视锥裁剪技术、LOD分层表现技术以及利用了GPU编程技术来综合实现整个演练城市的地震过程模拟，极大的降低数据运算量，从而大降低了软件运行对硬件设备的依赖度。