【摘要】：火災(zāi)的頻繁發(fā)生對(duì)人們的生命及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重危害,而引起火災(zāi)發(fā)生的主要原因是人們消防知識(shí)薄弱及火災(zāi)發(fā)生時(shí)不知道該如何處理。目前針對(duì)消防問(wèn)題最常用的方式是進(jìn)行實(shí)際演練,但由于該方式既浪費(fèi)人力、物力、金錢又不能確保人們?cè)谘菥氈胁皇艿絺?因此本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到消防演練中,開發(fā)一個(gè)消防演練系統(tǒng)。用戶可以借助沉浸式交互設(shè)備在系統(tǒng)中進(jìn)行演練,該系統(tǒng)具有沉浸感強(qiáng)、功能豐富的特點(diǎn),且系統(tǒng)可以在任意時(shí)間被循環(huán)使用,可以解決在實(shí)際消防演練中造成的資源浪費(fèi)問(wèn)題。首先,本文研究與優(yōu)化了碰撞檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)對(duì)層次包圍盒碰撞檢測(cè)算法及本系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)中碰撞檢測(cè)方法的研究,對(duì)虛擬場(chǎng)景中物體模型的碰撞檢測(cè)提出優(yōu)化方法,該方法綜合考慮物體模型緊湊性及系統(tǒng)資源兩方面,可以在提高物體模型緊湊性的前提下節(jié)省系統(tǒng)資源。其次,本文設(shè)計(jì)了基于粒子系統(tǒng)的煙霧與火焰擴(kuò)散算法。選取粒子系統(tǒng)技術(shù)制作煙霧、火焰,并模擬煙霧與火焰的擴(kuò)散,根據(jù)煙霧與火焰特性,確定煙霧與火焰粒子系統(tǒng)的關(guān)鍵屬性,通過(guò)設(shè)計(jì)關(guān)鍵屬性的計(jì)算方法、擴(kuò)散條件及結(jié)束條件實(shí)現(xiàn)煙霧與火焰的擴(kuò)散。將算法應(yīng)用到系統(tǒng)中,并經(jīng)過(guò)測(cè)試表明產(chǎn)生的煙霧與火焰擴(kuò)散效果可以滿足用戶的需求。再次,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于VR(Virtual Reality)的沉浸式消防演練系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、傳感器跟蹤檢測(cè)及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),遵循實(shí)際的消防演練對(duì)系統(tǒng)各演練功能進(jìn)行設(shè)計(jì),用戶可以利用沉浸式交互設(shè)備與虛擬場(chǎng)景中物體模型進(jìn)行交互完成模擬滅火、逃生、多人配合救援、查找火災(zāi)隱患等演練,通過(guò)使用不同技術(shù)及設(shè)計(jì)相應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)各功能。最后,本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。除了設(shè)計(jì)測(cè)試用例對(duì)系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行功能測(cè)試,還對(duì)系統(tǒng)兼容性及性能進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明各功能均滿足用戶需求且系統(tǒng)可以穩(wěn)定的運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU998.1;TP391.9
【圖文】：

在本章內(nèi)容中研究沉浸式消防演練系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，包括碰撞檢測(cè)技術(shù)及粒子系統(tǒng)技術(shù)。其中對(duì)碰撞檢測(cè)技術(shù)使用兩種方法進(jìn)行了優(yōu)化，使在提高物體模型緊湊性的前提下節(jié)省系統(tǒng)資源，基于粒子系統(tǒng)技術(shù)對(duì)煙霧擴(kuò)散進(jìn)行模擬并設(shè)計(jì)模擬煙霧擴(kuò)散算法。3.1 碰撞檢測(cè)技術(shù)研究與優(yōu)化碰撞檢測(cè)技術(shù)是 VR 領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的技術(shù)，用來(lái)檢測(cè)用戶是否與 VR 系統(tǒng)中的模型發(fā)生穿透現(xiàn)象，精確的碰撞檢測(cè)可以增強(qiáng) VR 系統(tǒng)的真實(shí)性和沉浸性，本文對(duì)碰撞檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究與優(yōu)化。3.1.1 層次包圍盒碰撞檢測(cè)算法研究本文研究了目前應(yīng)用最為廣泛的層次包圍盒碰撞檢測(cè)算法，它是用一個(gè)體積略大形狀簡(jiǎn)單的包圍盒包裹復(fù)雜的物體模型，通過(guò)這種方法可以簡(jiǎn)單的判斷模型是否發(fā)生碰撞，常見的包圍盒有球包圍盒（Sphere）、軸對(duì)齊包圍盒（AABB）、方向包圍盒（OBB）[43]，如圖 3-1 所示：

由于在較大的虛擬場(chǎng)景中有很多的模型，既包括簡(jiǎn)單的形狀規(guī)則模型，也有相對(duì)復(fù)雜的形狀不規(guī)則模型，通過(guò)上文對(duì)層次包圍盒算法以及引擎中碰撞檢測(cè)的研究，本文使用兩種方法對(duì)虛擬場(chǎng)景中物體模型的碰撞檢測(cè)進(jìn)行優(yōu)化。（1）構(gòu)造多個(gè)碰撞體對(duì)于虛擬場(chǎng)景中較復(fù)雜且形狀不規(guī)則的模型，可以通過(guò)為其構(gòu)造多個(gè)碰撞體的方法提高物體模型的緊湊性，由于一個(gè)復(fù)雜的模型是由多個(gè)子模型構(gòu)成的，因此可以分別在該模型的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與其形狀相似的碰撞體，通過(guò)這種方法既可以不過(guò)多占用系統(tǒng)資源又可以提高物體模型的緊湊性。以對(duì)滅火器模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)為例，滅火器是一個(gè)復(fù)雜的形狀不規(guī)則模型，其中滅火器的身體、把頭、插銷、鞘管都是滅火器這個(gè)父模型的子模型。考慮到使用滅火器進(jìn)行滅火前需要對(duì)其進(jìn)行的操作的部位主要包括滅火器的身體、把頭、插銷、鞘管，因此對(duì)滅火器身體部位構(gòu)造盒碰撞體，把頭、插銷、鞘管部位構(gòu)造球形碰撞體。滅火器模型只構(gòu)造一個(gè)碰撞體與構(gòu)造多個(gè)碰撞體對(duì)比如圖 3-2 所示。

圖 3-3 模型構(gòu)造網(wǎng)格碰撞體進(jìn)行粗略檢測(cè)的包圍盒只有在包圍盒相交時(shí)，其包圍的物體模型才可能會(huì)相交包圍盒對(duì)物體模型作粗略的碰撞檢測(cè)。可以基于代價(jià)函代價(jià)函數(shù)可由公式（3-7）求得：= + + +i i j j k k vP N C N C N C C 相交檢測(cè)消耗代價(jià)；進(jìn)行相交測(cè)試的包圍盒對(duì)數(shù)；包圍盒相交測(cè)試消耗代價(jià)；—進(jìn)行相交測(cè)試的幾何元素對(duì)數(shù)；對(duì)幾何元素相交測(cè)試消耗代價(jià)；—物體旋轉(zhuǎn)后包圍盒更新數(shù)目；更新一個(gè)包圍盒消耗代價(jià)；物體變形后包圍盒更新消耗代價(jià)。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 梁婭;;沉浸式圖書館游戲服務(wù)研究[J];智庫(kù)時(shí)代;2019年52期

2 白艷穎;;淺析沉浸式戲劇:身臨其境的觀劇體驗(yàn)[J];戲劇之家;2018年17期

3 丁玉;;虛擬交互體驗(yàn)——沉浸式藝術(shù)[J];藝術(shù)科技;2019年08期

4 ;沉浸式旅行盛宴:以美學(xué)見地,成就品牌先鋒[J];國(guó)際公關(guān);2017年06期

5 吳丹妮;;藝術(shù)與商業(yè)之間——沉浸式戲劇現(xiàn)況與發(fā)展趨勢(shì)初探[J];上海藝術(shù)評(píng)論;2018年01期

6 Tom Pearson;;什么是沉浸式戲劇?[J];藝術(shù)教育;2018年12期

7 孫進(jìn);;德國(guó)學(xué)生“沉浸式”的暑期體驗(yàn)[J];遼寧教育;2016年22期

8 王小珍;;觸·掙·舞——沉浸式戲劇應(yīng)用于多動(dòng)癥智障兒童的輔導(dǎo)[J];中小學(xué)心理健康教育;2017年17期

9 沈書凝;;沉浸式新聞發(fā)展現(xiàn)實(shí)問(wèn)題思考[J];電視指南;2017年09期

10 阮班蓮;;探析“沉浸式”閱讀目標(biāo)達(dá)成的路徑[J];中學(xué)語(yǔ)文教學(xué)參考;2018年Z2期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 程良;;美W5C目j下的沉浸式外姙教[x的思考[A];東北亞外語(yǔ)論壇(2017 No.2)[C];2017年

2 楊瑛霞;;沉浸式虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建探究[A];計(jì)算機(jī)與教育：實(shí)踐、創(chuàng)新、未來(lái)——全國(guó)計(jì)算機(jī)輔助教育學(xué)會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2014年

3 薛娟;朱樂(lè)彤;;淺析商業(yè)綜合體空間中沉浸式體驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值[A];2019年4月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2019年

4 駱存威;;德育也需“沉浸式教育”[A];教育教學(xué)研究--教育理論研究(2018年版第一輯）[C];2018年

5 劉夏季;;移動(dòng)端游戲中沉浸式體驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法探索[A];首屆東方藏品會(huì)議論文集[C];2018年

6 王競(jìng)慧;余湛;李瑛;;沉浸式姿態(tài)顯示器設(shè)計(jì)和參考格式對(duì)異常飛行姿態(tài)恢復(fù)績(jī)效的影響[A];第二十二屆全國(guó)心理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2019年

7 李瑾瑞;;基于項(xiàng)目制課程設(shè)計(jì)的“沉浸式”教學(xué)引導(dǎo)思考[A];2019年7月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2019年

8 秦潔榮;李潔;;沉浸式語(yǔ)言教學(xué)法與初中英語(yǔ)教學(xué)改革[A];《外國(guó)語(yǔ)文論叢》第6輯--初中英語(yǔ)教學(xué)專輯[C];2012年

9 鐘露;;沉浸式3D技術(shù)模擬系統(tǒng)在網(wǎng)球發(fā)球教學(xué)中的應(yīng)用[A];2015第十屆全國(guó)體育科學(xué)大會(huì)論文摘要匯編(二)[C];2015年

10 王婉;廖信蘭;;建設(shè)面向未來(lái)學(xué)習(xí)的賦能場(chǎng)——成都市少城小學(xué)未來(lái)學(xué)校探索[A];2019年教學(xué)研究與教學(xué)寫作創(chuàng)新論壇成果集匯編(一）[C];2019年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 陶婷婷;沉浸式體驗(yàn)：紅色文化教育新載體[N];上�？萍紙�(bào);2019年

2 本報(bào)記者 蘭馨;風(fēng)語(yǔ)筑再布局 沉浸式商業(yè)賦能新風(fēng)口[N];中國(guó)貿(mào)易報(bào);2020年

3 張坤;一場(chǎng)“沉浸式體驗(yàn)新聞”的融合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)[N];中國(guó)青年報(bào);2020年

4 中青報(bào)·中青網(wǎng)見習(xí)記者 張?jiān)娡?沉浸式體驗(yàn)新聞2020再出發(fā)[N];中國(guó)青年報(bào);2020年

5 中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 王聰聰;一次好玩的沉浸式融合創(chuàng)新報(bào)道[N];中國(guó)青年報(bào);2020年

6 李兆睿;“沉浸式”旅游演藝如何深化發(fā)展[N];中國(guó)文化報(bào);2019年

7 本報(bào)記者 鐘菡;沉浸式展覽：多重體驗(yàn)還是審美疲勞[N];解放日?qǐng)?bào);2019年

8 林沁;5G場(chǎng)景下沉浸式體驗(yàn)體育賽事[N];中國(guó)文化報(bào);2019年

9 付彪;“沉浸式體驗(yàn)”讓科普更好玩更有趣[N];中國(guó)旅游報(bào);2019年

10 本報(bào)首席記者 范昕;沉浸式傳播讓傳統(tǒng)文化對(duì)接當(dāng)下不斷“上新”[N];文匯報(bào);2019年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 王松;面向感知增強(qiáng)的流場(chǎng)可視化與沉浸式模擬技術(shù)研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2019年

2 李萌;基于體感交互的沉浸式森林景觀展示研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2013年

3 趙華森;山寨式沉浸體驗(yàn)與藝術(shù)作品的互涉[D];中國(guó)美術(shù)學(xué)院;2013年

4 趙猛;大屏幕多人沉浸式立體顯示系統(tǒng)[D];大連海事大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鄭建飛;沉浸式新聞的場(chǎng)景力探析[D];四川外國(guó)語(yǔ)大學(xué);2019年

2 牟婷箐;經(jīng)典與體驗(yàn)-沉浸式展覽視覺模式研究[D];山東藝術(shù)學(xué)院;2019年

3 唐毓林;小學(xué)語(yǔ)文“沉浸式”經(jīng)典閱讀教學(xué)模式的研究[D];江西科技師范大學(xué);2018年

4 蔣美琪;基于VR的沉浸式消防演練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 楊溢超;光的空間表達(dá)與身體的沉浸[D];中國(guó)美術(shù)學(xué)院;2019年

6 賀皓然;中國(guó)瑞思學(xué)科英語(yǔ)和美國(guó)CHPCS學(xué)校沉浸式外語(yǔ)教學(xué)對(duì)比研究[D];青島大學(xué);2019年

7 吳沐遙;“沉浸式”設(shè)計(jì)在公共墓園景觀中的應(yīng)用[D];陜西師范大學(xué);2019年

8 陽(yáng)璐;“沉浸式”體驗(yàn)在住宅建筑空間應(yīng)用研究[D];湖南師范大學(xué);2019年

9 張一鶴;埃利亞松沉浸式裝置的時(shí)空觀念研究[D];西安美術(shù)學(xué)院;2019年

10 傅鈺涵;沉浸式新聞的敘事特征研究[D];遼寧大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2782338