CN103295444A - 一种举高消防车操作的模拟培训方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种举高消防车操作的模拟培训方法和***，根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型；根据输入的操作指令，控制举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现操作指令、虚拟举高消防车的动作和场景间的实时交互。本发明公开的***和方法，实现举高消防车模型和场景模型与真实操纵台的实时驱动，以及操作者、举高消防车和场景间的实时交互，达到举高消防车操作模拟培训的目的，具有使用成本低、风险系数小、培训效果好等优点。

Description

一种举高消防车操作的模拟培训方法和***

技术领域

本发明涉及工程机械模拟培训技术领域，尤其涉及一种举高消防车操作的模拟培训方法和***。

背景技术

举高消防车是一种具有专用底盘，安装有举升臂架及其输送消防液的管路并有专业操作人员进行操作，能够将消防液输送到一定高度并能实现高空消防作业的消防车辆，是一种用于扑救高层火灾、进行高空救援，保护公民的生命财产安全的特殊设备，操作者需要经过严格的安全技术的理论学习以及安全操作技术实践，考核合格后方可获证进行车辆的驾驶操作。

目前，操作者受训的实践操作与考核环节都在当地消防队或厂家的调试工作区域进行，这种受训方式虽然能让操作者获得直接的受训体验，但对于刚刚进行学习的操作者来说，由于本身安全操作知识的欠缺，操作时存在一定的安全隐患，同时具有受训资源受限、能耗较大、考核评估缺乏客观性以及培训效果不尽如人意等缺点，这给操作者的培训带来一定的难度。

目前的消防车操作培训大都是通过课件和现场操作的方式来完成的，随着计算机软件技术的发展，使得消防车操作培训能够逐渐走向虚拟化，因此，需要一种举高消防车操作的模拟培训方法和***。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种举高消防车操作的模拟培训方法，能够实现操作者、举高消防车和场景间的实时交互。

一种举高消防车操作的模拟培训方法，包括：根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型；根据输入的操作指令，控制所述举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现所述操作指令、举高消防车的动作和场景间的实时交互。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，获取举高消防车各部件的尺寸参数，建立举高消防车各个组成零件的三维模型，通过放置、复制、阵列工具装配成整车模型；将建立好的举高消防车三维模型转换成.obj格式文件，导入到3DMAX软件中进行模型数据量的优化，并根据举高消防车的照片，给举高消防车三维模型的外部贴上纹理图案；获取训练场地的场地尺寸、物理特征参数，建立训练场地模型，并对训练场地模型进行打灯光、渲染参数调节，对训练场地模型进行烘焙处理，达到真实的光影效果；所述训练场地模型包括：地面、道路、行人道、建筑模型、火灾场景模型；其中，在运行训练场地模型时，当运行训练场地模型中的物体进入视野时才渲染所述训练场地模型；获取环境中物体的尺寸、物理特征参数，建立周边环境模型；所述周边环境模型包括：山、树和天气模型。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，所述操作指令包括：支腿操作、消防***操作、汽油机泵操作、平台踏板操作、转台旋转操作、车辆行驶操作和安全带操作；将所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型导入虚拟现实软件VRP，在接收到所述操作指令后，执行相应的动作以及显示相应的场景，并从多个视角展现执行的结果。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，所述举高消防车模型包括：臂架操作子模型、下车行驶子模型和支腿操作子模型；其中，根据输入的臂架的操作指令、下车行驶的操作指令、支腿操作指令，分别控制臂架操作子模型、下车行驶子模型、支腿操作子模型作出相对应的动作。

根据本发明的方法的一个实施例，进一步的，通过通讯接口接收操作指令，并将所述控制指令转换为所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型能够识别的控制指令，并通过通讯接口反馈执行的结果。

本发明要解决的一个技术问题是提供一种举高消防车操作的模拟培训***，能够实现操作者、举高消防车和场景间的实时交互。

一种举高消防车操作的模拟培训***，包括：建立模型装置，用于根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型；模拟操作装置，用于根据输入的操作指令，控制所述举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现所述操作指令、举高消防车的动作和场景间的实时交互。

根据本发明的***的一个实施例，进一步的，所述建立模型装置获取举高消防车各部件的尺寸参数，建立举高消防车各个组成零件的三维模型，通过放置、复制、阵列工具装配成整车模型；所述建立模型装置将建立好的举高消防车三维模型转换成.obj格式文件，导入到3DMAX软件中进行模型数据量的优化，并根据举高消防车的照片，给举高消防车三维模型的外部贴上纹理图案；所述建立模型装置获取训练场地的场地尺寸、物理特征参数，建立训练场地模型，并对训练场地模型进行打灯光、渲染参数调节，对训练场地模型进行烘焙处理，达到真实的光影效果；所述训练场地模型包括：地面、道路、行人道建筑模型、火灾场景模型；其中，在运行训练场地模型时，当运行训练场地模型中的物体进入视野时才渲染所述训练场地模型；所述建立模型装置获取环境中物体的尺寸、物理特征参数，建立周边环境模型；所述周边环境模型包括：山、树和天气模型。

根据本发明的***的一个实施例，进一步的，所述操作指令包括：支腿操作、消防***操作、汽油机泵操作、平台踏板操作、转台旋转操作、车辆行驶操作和安全带操作；；所述模拟操作装置将所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型导入虚拟现实软件VRP，所述模拟操作装置在接收到所述操作指令后，执行相应的动作以及显示相应的场景，并从多个视角展现执行的结果。

根据本发明的***的一个实施例，进一步的，所述举高消防车模型包括：臂架操作子模型、下车行驶子模型和支腿操作子模型；其中，所述模拟操作装置根据输入的臂架的操作指令、下车行驶的操作指令、支腿操作指令，分别控制臂架操作子模型、下车行驶子模型、支腿操作子模型作出相对应的动作。

根据本发明的***的一个实施例，进一步的，所述模拟操作装置通过通讯接口接收操作指令，并将所述控制指令转换为所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型能够识别的控制指令，并通过通讯接口反馈执行的结果。

本发明的举高消防车操作的模拟培训***和方法，实现举高消防车模型和场景模型与真实操纵台的实时驱动，以及操作者、虚拟举高消防车和场景间的实时交互，达到举高消防车操作模拟培训的目的。本发明的***和方法应用虚拟现实技术，虚拟仿真出举高类消防车模型，通过对操作者的不断训练，可以强化其在操作过程中的规范和安全意识，较之文本教学和实体操作训练方式，具有使用成本低、风险系数小、培训效果好等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的举高消防车操作的模拟培训方法的一个实施例的流程图；

图2为根据本发明的举高消防车操作的模拟培训***的一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合各个图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

图1为根据本发明的举高消防车操作的模拟培训方法的一个实施例的流程图。如图1所示：

步骤101，根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型。

步骤102，根据输入的操作指令，控制举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现操作指令、举高消防车的动作和场景间的实时交互。

根据本发明的一个实施例，选择53米举高消防车以及四个训练场地作为虚拟现实软件***的建模对象，根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实地测量数据，分别建立消防车模型和训练场地以及周边环境模型，将建立好的模型导出保存成.vrp格式文件。

3DMAX是Autodesk公司开发的基于PC***的三维动画渲染和制作软件。VRP是VR-Platform的简称，中视典公司基于Microsoft公司的DirectX3d图形图像引擎开发的一款三维虚拟现实平台软件，可广泛应用于视景仿真、城市规划、室内设计、工业仿真、军事模拟等行业LUA是一种嵌入式脚本语言，被广泛的应用于各种应用程序，用其实现程序的可配置性，可扩展性。

在VRP图形编辑软件中导入.vrp格式的文件并进行模型资源编辑，在VC++编辑环境中，通过VRP软件提供的sdk，针对本项目的特殊性以及CAN总线硬件交互接口进行进一步的插件式开发，提供具有针对性VRP脚本语句，实现举高消防车模型和场景模型与真实操纵台的实时驱动，以及操作者、举高消防车和场景间的实时交互，达到举高消防车操作模拟培训的目的。

根据本发明的一个实施例，获取举高消防车各部件的尺寸参数，建立举高消防车各个组成零件的三维模型，通过放置、复制、阵列工具装配成整车模型。将建立好的举高消防车三维模型转换成.obj格式文件，导入到3DMAX软件中进行模型数据量的优化，并根据举高消防车的照片，给举高消防车三维模型的外部贴上纹理图案。

获取训练场地的场地尺寸、物理特征参数，建立训练场地模型，并对训练场地模型进行打灯光、渲染参数调节，对训练场地模型进行烘焙处理，达到真实的光影效果。训练场地模型包括：地面、道路、行人道、建筑模型、火灾场景模型等。其中，在运行训练场地模型时，当运行训练场地模型中的物体进入视野时才渲染训练场地模型。

获取环境中物体的尺寸、物理特征参数，建立周边环境模型；周边环境模型包括：山、树和天气模型。

根据本发明的一个实施例，地面和路面建模流通过创建地面多边形，对地面模型的点、线、面进行编辑，最后粘贴地面纹理。路面模型建立与地面模型建立流程相同。

根据本发明的一个实施例，在3dmax中根据建筑物照片、Google航空图等资料，使用3dmax的Line工具绘制出建筑的外轮廓。然后利用Extrude工具挤出成为三维模型，然后根据建筑的实际外观。利用Editpoly多边形编辑工具，对建筑模型的点、线、面进行编辑，最后制作成建制的外观模型。最后通过贴上建筑的外观纹理，形成逼真的建筑模型。

根据本发明的一个实施例，在3Dmaxs中通过VRP11插件将模型导入VRP的图形用户界面中，通过VRP脚本，以及LUA脚本编辑，在场景对模型进行挪动，旋转，以及缩放，以达到用户操作与场景两个之间的实时交互，真是的再现火灾救援现场的实时操作培训。

根据本发明的一个实施例，根据消防车工况操作的父子节点关系，以及其特有的旋转，伸缩等运动方式，对VRP场景编辑器进行了父子节点运动关系二次开发，并调入VRP场景编辑器当中，当中包括了定制化的VRP脚本编辑语句，图形化的节点添加方式，以及场景的逻辑编辑实现。然后在VRP场景编辑器当中，使用此插件，进行节点设置编辑，包括根节点的选定，子节点添加，运动方式的选择，运动范围值的设定，以及该运动所包含的所有模型添加等等。

根据本发明的一个实施例，操作指令包括：支腿操作、消防***操作、汽油机泵操作、平台踏板操作、转台旋转操作、车辆行驶操作和安全带操作等。将举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型导入虚拟现实软件VRP，在接收到操作指令后，执行相应的动作以及显示相应的场景，并从多个视角展现执行的结果。

根据本发明的一个实施例，举高消防车模型包括：臂架操作子模型、下车行驶子模型和支腿操作子模型。其中，根据输入的主臂操作指令、下车行驶的操作指令、支腿操作指令，分别控制臂架操作子模型、下车行驶子模型、支腿操作子模型作出相对应的动作。

根据本发明的一个实施例，通过通讯接口接收操作指令，并将控制指令转换为举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型能够识别的控制指令，并通过通讯接口反馈执行的结果。

根据本发明的一个实施例，消防车主要有上、下车两大操作内容，

上车分为主臂、曲臂、转台和平台操作，下车分为车辆行驶和支腿操

作。针对不同的运动方式采用了不同的控制方法，为了更好的控制这些运动，把整个消防车拆分为各个能动部件的小单元来进行控制，并将每个控制模型部分作为单独的模型对象。

例如：具体实现的消防车对象的一些方法代码如下：

根据本发明的一个实施例，把主臂声明为单独的模型对象，利用GetWorld()函数获得主臂模型矩阵（MAT）在世界坐标中的位置，然后定义单元矩阵，对单元矩阵进行回转，变幅获得相对位移矩阵（trans_pos_mat）在将主臂模型对象的矩阵与单元矩阵的相对位移矩阵利用SetTrans_pos（）函数进行绑定。

根据本发明的一个实施例，行驶运动是以车身为对象，在世界坐标中做相对的运动。通过改变角色对象位置（MAT car_origin_pos）中的矩阵坐标，实现模型对象的行驶运动，通过InitCar（）函数获取车辆的新位置，通过RotateTire（）函数把新位置赋给car_origin_pos，实现消防车的下车行驶。

根据本发明的一个实施例，支腿操作的原理为上述两种动作实现方式的结合动作，同样是将下车行驶时的位置赋值给支腿对象（feet[4]）使之跟随车辆进行行走，在通过对支腿操作杆模型的事件触发调用VRP自带的消息函数（SendMessage（））回调给VC++，通过获得的相对位移矩阵，将模型伸缩矩阵赋值给支腿，然后进行渲染，并将支腿运动的每一帧渲染到内存中，以此来展示支腿的操作伸缩流程。

为了更好的达到仿真效果，在模型中设置了五个视点位置，第一个视点固定在支腿操控盒，相对于操控盒静止，随着车辆的移动而转动；第二个视点为平台相机，方便用户可以在平台作业，加深场景的沉浸感，并使用户可以更好的体验虚拟现实带来的逼真效果；第三个视点为转台相机，视点跟踪转台上的控制盒；第四个视点为驾驶室相机，固定在驾驶室内部，相对于驾驶室静止，随着消防车的转动而转动；第五个视点位置为车辆跟随相机，可以远观消防车的各种作业状况。

利用VRP实现相机的功能，例如：设置定点观察相机，需要对相机属性中的基本参数、移动速度、旋转参数、定点观察属性和立体视觉选项进行设置；设置行走相机，需要将属性中的基本参数、移动速度、形状、碰撞选项进行设置；设置跟随相机，需要对属性中的基本参数、移动速度和跟随属性选项进行设置。

根据本发明的一个实施例，由于3DMAX和VRP可进行无缝结合，可以使得三维模型的建立和烘烙可直接在3DMAX软件中进行，然后再倒入到VRP中转换成虚拟现实可用的模型资源，这就大大减小了模型制作的难度，节省了制作时间，同时导出的资源文件所占内存较小，降低了对虚拟操作***硬件的要求，降低了***成本。虚拟现实软件VRP界面上对中文的支持程度高，操作起来更加便捷。

图2为根据本发明的举高消防车操作的模拟培训***的一个实施例的示意图。如图2所示：举高消防车操作的模拟培训***21包括：建立模型装置211和模拟操作装置212。

建立模型装置211根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型。

模拟操作装置212根据输入的操作指令，控制举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现操作指令、举高消防车的动作和场景间的实时交互。

根据本发明的一个实施例，建立模型装置211获取举高消防车各部件的尺寸参数，建立举高消防车各个组成零件的三维模型，通过放置、复制、阵列工具装配成整车模型。

建立模型装置211将建立好的举高消防车三维模型转换成.obj格式文件，导入到3DMAX软件中进行模型数据量的优化，并根据举高消防车的照片，给举高消防车三维模型的外部贴上纹理图案。

建立模型装置211获取训练场地的场地尺寸、物理特征参数，建立训练场地模型，并对训练场地模型进行打灯光、渲染参数调节，对训练场地模型进行烘焙处理，达到真实的光影效果。训练场地模型包括：地面、道路、行人道、建筑模型、火灾场景模型等。其中，在运行训练场地模型时，当运行训练场地模型中的物体进入视野时才渲染训练场地模型。

建立模型装置211获取环境中物体的尺寸、物理特征参数，建立周边环境模型。周边环境模型包括：山、树和天气模型。

根据本发明的一个实施例，操作指令包括：支腿操作、消防***操作、汽油机泵操作、平台踏板操作、转台旋转操作、车辆行驶操作和安全带操作。

模拟操作装置212将举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型导入虚拟现实软件VRP，模拟操作装置212在接收到操作指令后，执行相应的动作以及显示相应的场景，并从多个视角展现执行的结果。

根据本发明的一个实施例，举高消防车模型包括：臂架操作子模型、下车行驶子模型和支腿操作子模型。其中，模拟操作装置212根据输入的臂架的操作指令、下车行驶的操作指令、支腿操作指令，分别控制臂架操作子模型、下车行驶子模型、支腿操作子模型作出相对应的动作。

根据本发明的一个实施例，模拟操作装置212通过通讯接口接收操作指令，并将控制指令转换为举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型能够识别的控制指令，并通过通讯接口反馈执行的结果。

本发明的举高消防车操作的模拟培训方法和***，为采用虚拟现实技术，图像处理技术等多项技术于一体的虚拟***，可以进行举高消防车的操作模拟，具有使用成本低、风险系数小、培训效果好等优点。

可能以许多方式来实现本发明的方法和***。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和***。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种举高消防车操作的模拟培训方法，其特征在于，包括：

根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型；

根据输入的操作指令，控制所述举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现所述操作指令、举高消防车的动作和场景间的实时交互。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

获取举高消防车各部件的尺寸参数，建立举高消防车各个组成零件的三维模型，通过放置、复制、阵列工具装配成整车模型；

将建立好的举高消防车三维模型转换成.obj格式文件，导入到3DMAX软件中进行模型数据量的优化，并根据举高消防车的照片，给举高消防车三维模型的外部贴上纹理图案；

获取训练场地的场地尺寸、物理特征参数，建立训练场地模型，并对训练场地模型进行打灯光、渲染参数调节，对训练场地模型进行烘焙处理，达到真实的光影效果；训练场地模型包括：地面、道路、行人道建筑模型、火灾场景模型；其中，在运行训练场地模型时，当运行训练场地模型中的物体进入视野时才渲染所述训练场地模型；

获取环境中物体的尺寸、物理特征参数，建立周边环境模型；所述周边环境模型包括：山、树和天气模型。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述操作指令包括：支腿操作、消防***操作、汽油机泵操作、平台踏板操作、转台旋转操作、车辆行驶操作和安全带操作；

将所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型导入虚拟现实软件VRP，在接收到所述操作指令后，执行相应的动作以及显示相应的场景，并从多个视角展现执行的结果。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述举高消防车模型包括：臂架操作子模型、下车行驶子模型和支腿操作子模型；

其中，根据输入的臂架的操作指令、下车行驶的操作指令、支腿操作指令，分别控制臂架操作子模型、下车行驶子模型、支腿操作子模型作出相对应的动作。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

通过通讯接口接收操作指令，并将所述控制指令转换为所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型能够识别的控制指令，并通过通讯接口反馈执行的结果。

6.一种举高消防车操作的模拟培训***，其特征在于，包括：

建立模型装置，用于根据举高消防车、训练场地以及周边环境的实际测量数据，分别建立举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型；

模拟操作装置，用于根据输入的操作指令，控制所述举高消防车模型作出相对应的动作、训练场地模型和周边环境模型作出相应的场景和环境变化，实现所述操作指令、举高消防车的动作和场景间的实时交互。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于：

所述建立模型装置获取举高消防车各部件的尺寸参数，建立举高消防车各个组成零件的三维模型，通过放置、复制、阵列工具装配成整车模型；

所述建立模型装置将建立好的举高消防车三维模型转换成.obj格式文件，导入到3DMAX软件中进行模型数据量的优化，并根据举高消防车的照片，给举高消防车三维模型的外部贴上纹理图案；

所述建立模型装置获取训练场地的场地尺寸、物理特征参数，建立训练场地模型，并对训练场地模型进行打灯光、渲染参数调节，对训练场地模型进行烘焙处理，达到真实的光影效果；所述训练场地模型包括：地面、道路、行人道、建筑模型、火灾场景模型；

其中，在运行训练场地模型时，当运行训练场地模型中的物体进入视野时才渲染所述训练场地模型；

所述建立模型装置获取环境中物体的尺寸、物理特征参数，建立周边环境模型；所述周边环境模型包括：山、树和天气模型。

8.如权利要求7所述的***，其特征在于：

所述操作指令包括：支腿操作、消防***操作、汽油机泵操作、平台踏板操作、转台液压操作和安全带操作；

所述模拟操作装置将所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型导入虚拟现实软件VRP，所述模拟操作装置在接收到所述操作指令后，执行相应的动作以及显示相应的场景，并从多个视角展现执行的结果。

9.如权利要求8所述的***，其特征在于：

所述举高消防车模型包括：臂架操作子模型、下车行驶子模型和支腿操作子模型；

其中，所述模拟操作装置根据输入的臂架的操作指令、下车行驶的操作指令、支腿操作指令，分别控制臂架操作子模型、下车行驶子模型、支腿操作子模型作出相对应的动作。

10.如权利要求9所述的***，其特征在于：

所述模拟操作装置通过通讯接口接收操作指令，并将所述控制指令转换为所述举高消防车模型、训练场地模型和周边环境模型能够识别的控制指令，并通过通讯接口反馈执行的结果。

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