一種基于頭戴式混合現(xiàn)實設(shè)備的危險行業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合現(xiàn)實技術(shù)，特別涉及將混合現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到危險行業(yè)培訓(xùn)，屬于混合現(xiàn)實設(shè)備的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于社會上的高危行業(yè)，在職工入職前的安全培訓(xùn)以及在入職后的定期安全培訓(xùn)是十分有必要的，良好的培訓(xùn)效果可以使受訓(xùn)人員在應(yīng)對工作中的突發(fā)的危險情況時，做出正確的反應(yīng)，將危險造成的人員的傷亡與設(shè)備的損壞等危害降低到最低，有著非常重要的經(jīng)濟價值和社會意義?，F(xiàn)場安全培訓(xùn)可以獲得與真實情況相同或相似的體驗，因此擁有最好的效果，但是由于現(xiàn)場安全培訓(xùn)成本高，有些特殊行業(yè)例如煤礦、消防等，需要面對的危險場景很難或無法模擬，因此更多的安全培訓(xùn)無法在現(xiàn)場進行。本發(fā)明就是為了解決這一類行業(yè)的安全培訓(xùn)問題。
[0003]目前對危險行業(yè)的非現(xiàn)場安全培訓(xùn)主要是通過授課的方式進行，主要的信息傳遞方式是書本閱讀、幻燈片或視頻等多媒體演示，以及人員的講解。雖然這些培訓(xùn)也能起到一定的作用，但是通過授課方式的安全培訓(xùn)并不能達到最好的效果，原因在于:首先，受訓(xùn)人員僅僅能從語言、文字、圖片、視頻等方式獲得信息，代入感不夠，因此難以留下深刻印象；其次，授課人員的水平及現(xiàn)場發(fā)揮也直接影響培訓(xùn)的效果；另外，考察授課式培訓(xùn)效果的主要方式是試卷考察，而受訓(xùn)者即使能夠在答卷時做對并通過檢驗，并不能保證其在實際中遇到突發(fā)危險情況能夠迅速做出正確的判斷和反應(yīng)。
[0004]隨著時間的推移，大家逐漸認(rèn)識到了授課式安全培訓(xùn)的不足。伴隨計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機軟件培訓(xùn)方法也越來越多地被使用。該方法主要形式是受訓(xùn)者通過顯示器觀看關(guān)于危險場景正確應(yīng)對方式的，并通過鼠標(biāo)和鍵盤等交互設(shè)備在培訓(xùn)軟件建立的虛擬危險場景中進行操作與練習(xí)。與傳統(tǒng)授課方式相比，計算機培訓(xùn)更加直觀、易懂，但是也有明顯缺點:受訓(xùn)者僅能通過顯示器觀看平面的圖像，也僅能通過鼠標(biāo)和鍵盤與虛擬的培訓(xùn)場景進行交互，與現(xiàn)場培訓(xùn)方式相比還是有很大差距。再往后，開始使用多顯示器并聯(lián)來模擬更大的場景角度，甚至使用環(huán)形投影技術(shù)來實現(xiàn)360°場景的建立，都是為了彌補電腦顯示器僅有一個平面、體驗不夠真實的缺點。但是多顯示器并聯(lián)和環(huán)形投影技術(shù)都是顯示的平面，并不能真實地呈現(xiàn)三維場景情況，并且人機交互方面體驗不佳。
[0005]為了解決屏幕顯示無法做到三維立體空間顯示的缺點，隨著虛擬現(xiàn)實設(shè)備的發(fā)展，有人提出利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行安全培訓(xùn)。與之前的所有技術(shù)相比，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以真實地建立一個虛擬世界，能夠模擬各種危險場景，達到完全的沉浸式體驗的培訓(xùn)。但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)也有一個缺點，那就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)完全用虛擬的世界遮擋了現(xiàn)實的世界，受訓(xùn)者與現(xiàn)實世界完全隔絕，無法與現(xiàn)實世界進行互動，而且由于受訓(xùn)人員無法看到現(xiàn)實場景，因此在使用虛擬現(xiàn)實設(shè)備時，必須要考慮使用過程中的安全問題，防治受訓(xùn)人員在現(xiàn)實世界中受傷，因此該方法有明顯的局限性。
[0006]綜上所述，目前的非現(xiàn)場安全培訓(xùn)所使用的技術(shù)都有明顯的缺點與不足，實現(xiàn)的效果與現(xiàn)場安全培訓(xùn)有很大差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了改進其他方法的缺點與不足，本發(fā)明提供了一種基于頭戴式混合現(xiàn)實設(shè)備的危險行業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)，通過混合現(xiàn)實設(shè)備與培訓(xùn)系統(tǒng)軟件的結(jié)合，可以將生成的虛擬場景疊加在現(xiàn)實場景之上，建立各種危險行業(yè)安全培訓(xùn)的混合現(xiàn)實場景，并通過分析受訓(xùn)者的運動、語音等操作，實時更新虛擬場景，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)多名受訓(xùn)者在同一混合現(xiàn)實場景中培訓(xùn)。該發(fā)明提供了一種簡單、直觀、高效的人機交互安全培訓(xùn)系統(tǒng)，達到媲美現(xiàn)場安全培訓(xùn)的效果。
[0008]本發(fā)明是一種基于頭戴式混合現(xiàn)實設(shè)備的危險行業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由混合現(xiàn)實設(shè)備、培訓(xùn)系統(tǒng)軟件以及配套的現(xiàn)實場景構(gòu)成。其中:
[0009]混合現(xiàn)實設(shè)備是由處理器、內(nèi)存、儲存器、多種傳感器、攝像頭、半透明顯示器、立體聲耳機、無線連接適配器等硬件組成的可獨立運行的一體化頭戴式設(shè)備，負(fù)責(zé)人機交互的輸入與輸出功能，例如Microsoft公司的HoloLens設(shè)備。
[0010]混合現(xiàn)實設(shè)備的傳感器種類包括但不限于距離傳感器、加速傳感器、陀螺儀、磁力計、攝像頭、眼球追蹤傳感器等，可以實現(xiàn)諸如實時感知周圍空間環(huán)境、捕捉受訓(xùn)者的動作、指令等功能。
[0011]混合現(xiàn)實設(shè)備的顯示器是半透明的，位于受訓(xùn)者眼睛前方，可以顯示培訓(xùn)系統(tǒng)軟件生成的虛擬場景并遮擋相應(yīng)的現(xiàn)實場景，虛擬場景和未被遮擋的現(xiàn)實場景可以同時被受訓(xùn)者看到，進而實現(xiàn)一種混合現(xiàn)實體驗。
[0012]培訓(xùn)系統(tǒng)軟件主要功能包括:①處理傳感器捕捉的空間信息并生成與之匹配的虛擬場景結(jié)合受訓(xùn)者操作信息，對虛擬場景進行實時更新；③將整個培訓(xùn)過程所有信息進行存儲，并對過程中的單個或多個變量進行分析，或?qū)τ?xùn)練效果進行分析與評估；④結(jié)合無線適配器與無線網(wǎng)絡(luò)，將兩臺或多臺混合現(xiàn)實設(shè)備連接起來，以實現(xiàn)多個受訓(xùn)者在用一個混合現(xiàn)實場景中協(xié)同培訓(xùn)。
[0013]培訓(xùn)系統(tǒng)軟件生成的虛擬培訓(xùn)場景可以基于多重引擎開發(fā)，例如Unity3D引擎。
[0014]現(xiàn)實場景包括場地與其中的物品，場地的大小決定了混合現(xiàn)實場景的大小，而其中的物品則是虛擬場景覆蓋和加強的基礎(chǔ)，不同的培訓(xùn)對這兩者有不同的要求，因此需要根據(jù)培訓(xùn)內(nèi)容對現(xiàn)實場景進行設(shè)計。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點為:
[0016]①結(jié)合混合現(xiàn)實設(shè)備與培訓(xùn)系統(tǒng)軟件，能夠建立基于現(xiàn)實場景和虛擬場景的混合現(xiàn)實培訓(xùn)場景，并根據(jù)受訓(xùn)者的運動、語音等操作實時更新虛擬場景，受訓(xùn)者可獲得媲美現(xiàn)場安全培訓(xùn)的混合現(xiàn)實安全培訓(xùn)體驗，達到最接近現(xiàn)場培訓(xùn)的效果；
[0017]②通過培訓(xùn)系統(tǒng)軟件能夠模擬不同行業(yè)、不同類型的混合現(xiàn)實危險場景，在保證與現(xiàn)場培訓(xùn)效果接近的情況下，極大地降低了培訓(xùn)場景的成本，保證了培訓(xùn)過程安全，且虛擬場景能隨著軟件的更新而升級；
[0018]③通過無線網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)多名受訓(xùn)者在同一個混合現(xiàn)實場景中共同培訓(xùn)，不僅提高培訓(xùn)效率，還能培訓(xùn)受訓(xùn)者之間遇到危險情況時的協(xié)作能力；
[0019]④通過軟件的記錄功能，可以自由地對培訓(xùn)過程與結(jié)果進行回放與分析，找出培訓(xùn)的不足并分析改進的方法。
【附圖說明】
[0020]圖1為混合現(xiàn)實設(shè)備顯示效果示意圖；
[0021]圖2為多人同時使用混合現(xiàn)實設(shè)備示意圖；
[0022]圖3為該系統(tǒng)使用流程圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明基于混合現(xiàn)實技術(shù)與設(shè)備，結(jié)合專用的安全培訓(xùn)系統(tǒng)軟件，提供了一種基于頭戴式混合現(xiàn)實設(shè)備的安全培訓(xùn)系統(tǒng)。由于混合現(xiàn)實技術(shù)的特性，本發(fā)明克服了以往非現(xiàn)場安全培訓(xùn)方法的各種缺點，可以將生成的虛擬場景疊加在現(xiàn)實場景之上，建立各種危險行業(yè)安全培訓(xùn)的混合現(xiàn)實場景，并通過分析受訓(xùn)者的運動、語音等操作，實時更新虛擬場景，該系統(tǒng)還能實現(xiàn)多名受訓(xùn)者在同一混合現(xiàn)實場景中培訓(xùn)。該發(fā)明提供了一種簡單、直觀、高效的人機交互式混合現(xiàn)實安全培訓(xùn)系統(tǒng)，達到媲美現(xiàn)場安全培訓(xùn)的效果。
[0024]該培訓(xùn)系統(tǒng)由三部分組成:混合現(xiàn)實設(shè)備、安全培訓(xùn)系統(tǒng)軟件以及配套的現(xiàn)實場景。
[0025]混合現(xiàn)實設(shè)備是一個可獨立運行的一體化頭戴式設(shè)備，是本系統(tǒng)中的主要硬件設(shè)備，該設(shè)備主要有三類組件:(I)負(fù)責(zé)人機交互的輸入組件，主要包括用于獲取現(xiàn)實場景空間信息，捕捉受訓(xùn)者肢體動作、語音命令、眼部運動等操作的各類傳感器；(2)提供運算能力的計算機組件，主要包括計算機正常運行必備的硬件，如處理器、內(nèi)存、儲存器、電池、無線網(wǎng)絡(luò)模塊等；(3)負(fù)責(zé)人機交互的輸出組件，主要包括位于受訓(xùn)者眼睛前方的半透明顯示器與耳朵旁的立體聲耳機等。
[0026]安全培