本文選題：消防車模擬器 + 虛擬現(xiàn)實(shí)��； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,通用航空業(yè)加速啟航。與此同時(shí),機(jī)場(chǎng)安全問題成為機(jī)場(chǎng)發(fā)展的頭等大事,而機(jī)場(chǎng)火災(zāi)是影響機(jī)場(chǎng)安全的主要因素之一。因此,如何經(jīng)濟(jì)、高效、安全的培訓(xùn)機(jī)場(chǎng)消防員成為當(dāng)下急需解決的問題。消防模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)在消防領(lǐng)域的具體應(yīng)用,為消防訓(xùn)練提供了嶄新的途徑,解決了傳統(tǒng)訓(xùn)練中可重復(fù)性差、更新周期長(zhǎng)、高危險(xiǎn)性等諸多問題,應(yīng)用前景廣闊。而目前,國(guó)內(nèi)外虛擬消防訓(xùn)練系統(tǒng)的應(yīng)用在消防戰(zhàn)略指揮、火災(zāi)救援決策、心理能力訓(xùn)練等方面取得了一定的成就,但是由于機(jī)場(chǎng)消防車的特殊性,機(jī)場(chǎng)消防車模擬器相對(duì)較少。此外,現(xiàn)階段為數(shù)不多的消防車模擬器中,大多數(shù)系統(tǒng)人—機(jī)交互的真實(shí)感不強(qiáng)、虛擬消防作業(yè)場(chǎng)景逼真度相對(duì)較低,無法給消防員提供足夠的沉浸感,導(dǎo)致訓(xùn)練效果不佳。課題源于國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局項(xiàng)目“基于分布式協(xié)同的消防車虛擬應(yīng)急演練系統(tǒng)研制”,本文以某機(jī)場(chǎng)消防車為樣機(jī),搭建了消防車模擬器硬件平臺(tái),以虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ),建立了消防模擬器的軟件系統(tǒng),模擬生成了集視覺、聽覺、觸覺為一體的消防車駕駛操縱模擬器。論文的主要內(nèi)容包括:首先,依托實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有特種車輛模擬器硬件,并對(duì)其油門、剎車、操控臺(tái)等主要部件進(jìn)行改裝,完成了消防車模擬器硬件平臺(tái)的搭建。采用面向?qū)ο蟮膶哟位O(shè)計(jì)方法,集成動(dòng)力學(xué)解算、虛擬視景、操縱仿真、音響仿真等系統(tǒng),建立了模擬器的視景仿真引擎總體框架。其次,基于真實(shí)世界場(chǎng)景及真實(shí)地形高程數(shù)據(jù),完成了作業(yè)仿真環(huán)境三維建模。將隨機(jī)風(fēng)速看作由平均部分和脈動(dòng)部分組成,采用對(duì)數(shù)律風(fēng)速廓線方法模擬平均風(fēng)場(chǎng),采用線性濾波數(shù)值方法模擬隨機(jī)脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng),建立了自然風(fēng)場(chǎng)模型�；诹Ｗ酉到y(tǒng)建模技術(shù),逼真地模擬了消防水柱。分析消防水柱粒子在重力、風(fēng)力、空氣阻力中作用,建立消防水柱運(yùn)動(dòng)模型。分析消防水柱與環(huán)境交互規(guī)律,模擬了消防水柱與環(huán)境的交互效果。再次,以飛機(jī)起落架為研究對(duì)象,采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法,基于火災(zāi)動(dòng)力學(xué)軟件Pyrosim,對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)合粒子系統(tǒng)和紋理映射技術(shù),真實(shí)地模擬了飛機(jī)起落架火災(zāi)場(chǎng)景。分析火災(zāi)在風(fēng)場(chǎng)中作用規(guī)律,模擬了火災(zāi)與風(fēng)的交互效果�；诎鼑信鲎矙z測(cè)技術(shù),完成了火災(zāi)與消防水柱的交互效果。而后,考慮到消防車模擬器的全天候作業(yè)要求,并增強(qiáng)環(huán)境交互的真實(shí)感。以天空穹為模型對(duì)天空體建模,基于頂點(diǎn)著色器并考慮大氣散射影響,模擬動(dòng)態(tài)天空。基于切片的體繪制方法,模擬動(dòng)態(tài)云的效果。采用布告板和紋理映射技術(shù),模擬了太陽、月亮和星體等天體對(duì)象�；诹Ｗ酉到y(tǒng)建模和紋理映射技術(shù),并分析真實(shí)自然界中雨雪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,完成了雨雪天氣的模擬。采用距離霧技術(shù),完成了對(duì)霧天氣的模擬。最后,在以上工作的基礎(chǔ)上,搭建了機(jī)場(chǎng)消防車模擬器的虛擬仿真平臺(tái),并成功地對(duì)消防水柱、起落架火災(zāi)場(chǎng)景、消防作業(yè)過程中天氣的真實(shí)感模擬進(jìn)行了試驗(yàn)仿真與分析。此外,對(duì)消防車模擬器系統(tǒng)總體進(jìn)行了測(cè)試與評(píng)估。本文利用“虛—實(shí)”(虛擬的火災(zāi)場(chǎng)景、真實(shí)的操縱環(huán)境)結(jié)合的方式,搭建了交互性好、逼真度高、沉浸感較強(qiáng)的機(jī)場(chǎng)消防車模擬器平臺(tái),其在某些方面可以滿足實(shí)車訓(xùn)練的要求。
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of China ' s national economy , the general aviation industry has accelerated sailing . At the same time , airport security has become one of the main factors affecting airport security . At present , the application of virtual fire protection training system at home and abroad is one of the main factors affecting airport security . Based on the real world scene and the real terrain elevation data , the simulation environment three - dimensional modeling is established . The simulation of rainy and snow weather is completed . The simulation of fog weather is completed by using distance fog technology . Finally , based on the above work , the virtual simulation platform of the airport fire truck simulator is built , and the simulation and analysis of the realistic simulation of the weather in the fire fighting water column , the landing gear fire scene and the fire fighting operation are carried out successfully . In addition , the platform of the airport fire truck simulator with good interactivity , high fidelity and strong immersion feeling is built by using the combination of " virtual - real " ( virtual fire scene and real manipulation environment ) , which can meet the requirements of real - vehicle training in some aspects .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP391.9;TU998.131

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本文編號(hào)：1740614