基于虛擬現實的建筑內火災逃生模擬系統的制作方法

本發明涉及虛擬仿真技術領域，具體涉及基于虛擬現實的建筑內火災逃生模擬系統。

背景技術：

虛擬現實技術是利用計算機模擬產生一個三維的虛擬世界，為使用者提供視覺、聽覺、觸覺等感官上的模擬，讓使用者產生身臨其境的感受，可以實時地觀察虛擬世界內的事物，并與之進行交互。目前，虛擬現實技術的應用范圍非常廣泛，且隨著技術與科技的發展，虛擬現實技術越來越成熟，開始不如普通人們的生活，如虛擬現實眼鏡、虛擬現實跑步機和虛擬現實座椅等。

火災逃生的相關問題無論在實際應用還是學術研究領域，都很難解決。在實際應用中，對人員消防技能的培訓通常采用消防演習的方法，需要耗費較高的人力、物力成本，同時很難為人們呈現類似火災逃生的場景；在學術研究領域，火災逃生中人的行為研究一直困擾著很多學者，出于安全考慮，研究人員不能將人置于真實的火災場景中開展實驗研究，因此研究手段受到很大限制。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是現有火災逃生演練需要耗費較高的人力、物力成本，且真實性較差，演練效果較差，目的在于提供基于虛擬現實的建筑內火災逃生模擬系統，能夠真實的模擬火災現場逃生場景，且結構簡單，固定裝置輕便，給人較為靈活、真實的體驗。

本發明通過下述技術方案實現：

基于虛擬現實的建筑內火災逃生模擬系統，包括虛擬現實裝置、數據采集單元、場景構建單元和控制中心；

所述虛擬現實裝置，包括底座、支柱和橫臂，所述底座上設有活動臺，所述橫臂上固定裝置，所述固定裝置包括固定臺、固定桿和固定綁帶；所述固定臺內、且與底座所在平面垂直的方向上由外到內依次設有通孔和限位孔，限位孔的孔徑大于通孔的孔徑；固定桿的長軸方向一端設有固定綁帶、另一端穿過通孔插入限位孔內，固定桿插入限位孔的端部設有限位塊，所述限位塊的側壁與限位孔內壁間隙配合，固定桿的側壁與通孔內壁間隙配合，且在固定桿上插入限位孔的桿段上套設有壓簧，且壓簧開設在限位孔內的限位塊和通孔之間，未使用固定裝置時，壓簧僅承受固定桿、固定綁帶和限位塊的重力處于自然伸長狀態，所述固定綁帶用于綁扎固定在用戶腰部；用戶置于所述虛擬現實裝置上并控制自身在虛擬火災場景中的運動；

所述數據采集單元，用于采集用戶的運動信息，并將所述運動信息傳送至控制中心；

所述場景構建單元，用于構建預定場所的所述虛擬火災場景，并采用頭戴式顯示器呈現虛擬火災場景；

所述控制中心，用于根據所述運動信息判斷用戶的逃生行為、并根據所述逃生行為渲染用戶在所述預定場所中的逃生場景。

本發明提供的固定裝置用于對為人體提供保護作用，由于限位塊與限位孔間隙配合連接、固定桿和通孔間隙配合連接，因此當用戶在朝不同方向轉動時，固定綁帶隨人體同時轉動，依次帶動固定桿和限位塊轉動，體驗感非常靈活；此外，由于限位塊和通孔之間設有壓簧，人體在做下蹲或跳躍運動時，固定綁帶隨人體同時上移或下移，依次帶動固定桿和限位塊上移或下移，壓縮或拉伸壓簧，因此人體在做下蹲或跳躍運動時，固定桿和限位塊隨之進行上移或下移，避免對用戶體驗造成干擾或對用戶人體造成負擔。

優選地，所述固定綁帶通過緩沖帶設于固定桿上，所述緩沖帶采用泡沫棒。

緩沖帶可允許人體傾斜等提供緩沖作用，防止固定桿不靈活帶來不適感。可優先采用硬質泡沫棒，既避免緩沖帶變形減弱固定裝置本身的保護作用或者降低檢測的準確性，同時還能提供一定的緩沖作用。

優選地于，所述支柱采用中空管狀結構，且支柱的側壁上開設有與內部空腔連通的滑槽，所述滑槽沿支柱的軸向伸展；所述支柱的內部空腔內設有絲桿，所述絲桿的軸心線與支柱的軸心線平行或重合，絲桿上設有螺母副，螺母副上設有工作桿，所述工作桿穿過滑槽凸出支柱的側壁，且工作桿凸出支柱側壁部分固定設有滑套，所述滑套套設在支柱上、且橫臂固定在滑套上；由電機驅動絲桿轉動，帶動螺母副沿絲桿滑動，從而依次帶動工作桿沿滑槽滑動、滑套和橫臂沿支柱軸向滑動。

使用時，用戶只需要控制開關啟動電機，電機驅動絲桿轉動，從而將動力通過螺母副、工作桿、滑套傳遞至橫臂，帶動橫臂和橫臂上的固定裝置沿支柱上移或下移，可方便用戶依據個人身高、下蹲幅度等設置固定裝置的高度。

優選地，所述運動信息包括運動速度、運動方向、人體加速度數據和人體姿態數據。

優選地，所述數據采集單元包括測速傳感器、方位角度傳感器和加速度傳感器。

優選地，所述場景構建單元還用于仿真虛擬火災場景的聲音，并通過所述控制中心依據人體運動信息實時調整所述仿真虛擬火災場景的聲音。

優選地，所述數據采集單元還包括心率傳感器和體溫傳感器用于實時采集并向控制中心人體生理特征數據，所述控制中心判斷人體生理特征數據是否大于或小于設定閾值，若用戶的人體生理特征數據大于或小于設定閾值，則控制中心遠程控制關閉頭戴顯示器。

優選地，所述支柱上還設有顯示器和智能觸屏輸入模塊，所述顯示器用于顯示火災模式，智能觸屏輸入模塊用于選擇所顯示的火災模式。

優選地，所述火災模式包括火災發生的空間位置、用戶所處空間位置、用戶察覺起火時間、火災程度和火災現場人數。

本發明提供了一種基于虛擬現實的建筑內火災逃生模擬系統，通過整個模擬系統和虛擬現實裝置給用戶提供了真實感的虛擬場景，能夠真實的模擬火災現場逃生場景，且虛擬裝置結構簡單，給人較為靈活、真實的體驗，有利于降低火災演練成本。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發明整體結構示意圖；

圖2為本發明虛擬現實裝置結構示意圖；

圖3為本發明固定裝置截面結構示意圖；

圖4為本發明立柱截面結構示意圖；

圖5為本發明立柱結構示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：1-虛擬現實裝置，101-底座，102-支柱，103-橫臂，104-活動臺，105-固定臺，106-固定桿，107-固定綁帶，108-通孔，109-限位孔，110-限位塊，111-壓簧，112-緩沖帶，113-滑槽，114-絲桿，115-螺母副，116-工作桿，117-滑套，118-電機，2-連接臂，2-數據采集單元，21-測速傳感器，22-方位角度傳感器，23-加速度傳感器，24-心率傳感器，25-體溫傳感器，3-場景構建單元，4-控制中心，5-顯示器，6-智能觸屏輸入模塊。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。

實施例1

如圖1所示，本發明提供了一種基于虛擬現實的建筑內火災逃生模擬系統，包括虛擬現實裝置1、數據采集單元2、場景構建單元3和控制中心4；

所述虛擬現實裝置1，包括圓盤底座101、支柱102和橫臂103，底座101上設有活動臺104。橫臂103上固定裝置，所述固定裝置包括圓柱形固定臺105、固定桿106和固定綁帶107。固定臺105內、且與底座101所在平面垂直的方向上由外到內依次設有通孔108和限位孔109，限位孔109的孔徑大于通孔108的孔徑；固定桿106的長軸方向一端設有固定綁帶107、另一端穿過通孔108插入限位孔09內，固定桿106插入限位孔109的端部設有限位塊110，限位塊10的側壁與限位孔109內壁間隙配合，固定桿106的側壁與通孔108內壁間隙配合，且在固定桿106上插入限位孔109的桿段上套設有壓簧111，且壓簧111開設在限位孔109內的限位塊110和通孔108之間，未使用固定裝置時，壓簧111僅承受固定桿106、固定綁帶107和限位塊110的重力處于自然伸長狀態，固定綁帶107用于綁扎固定在用戶腰部。限位塊110和固定桿106均可設為中空結構、且采用采用輕質不銹鋼材料；用戶置于所述虛擬現實裝置1上并控制自身在虛擬火災場景中的運動；

所述數據采集單元2，用于采集用戶的運動信息，并將所述運動信息傳送至控制中心；

所述場景構建單元3，用于構建預定場所的所述虛擬火災場景，并采用頭戴式顯示器呈現虛擬火災場景；

所述控制中心4，用于根據所述運動信息判斷用戶的逃生行為、并根據所述逃生行為渲染用戶在所述預定場所中的逃生場景。

實施例2

在實施例1的基礎上進一步改進，所述固定綁帶107通過緩沖帶112設于固定桿106上，所述緩沖帶112采用泡沫棒。

實施例3

在實施例2的基礎上進一步改進，所述支柱102采用中空管狀結構，且支柱102的側壁上開設有與內部空腔連通的滑槽113，所述滑槽113沿支柱102的軸向伸展；所述支柱102的內部空腔內設有絲桿114，所述絲桿114的軸心線與支柱102的軸心線平行或重合，絲桿114上設有螺母副115，螺母副115上設有工作桿116，所述工作桿116穿過滑槽113凸出支柱102的側壁，且工作桿116凸出支柱102側壁部分固定設有滑套117，所述滑套117套設在支柱102上、且橫臂103固定在滑套117上；由電機驅動絲桿114轉動，帶動螺母副115沿絲桿114滑動，從而依次帶動工作桿116沿滑槽113滑動、滑套117和橫臂103沿支柱113軸向滑動。

實施例4

在實施例3的基礎上進一步改進，所述運動信息包括運動速度、運動方向、人體加速度數據和人體姿態數據。所述數據采集單元2包括測速傳感器21、方位角度傳感器22和加速度傳感器23，測速傳感器21安裝于活動臺104上，方位角度傳感器22安裝于限位塊110上，加速度傳感器23佩戴于用戶胸前，用于獲取用戶前進或后退的運動狀態以及上跳、下蹲、跌倒、快跑或慢跑等人體姿態數據。所述場景構建單元3還用于仿真虛擬火災場景的聲音，并通過所述控制中心4依據人體運動信息實時調整所述仿真虛擬火災場景的聲音，。

實施例5

在實施例4的基礎上進一步改進，所述數據采集單元2還包括心率傳感器24和體溫傳感器25用于實時采集并向控制中心4人體生理特征數據，所述控制中心4判斷人體生理特征數據是否大于或小于設定閾值，若用戶的人體生理特征數據大于或小于設定閾值，則控制中心4遠程控制關閉頭戴顯示器。當用戶沉浸在虛擬的火災場景中時，由于體驗較為真實，用戶有時會產生生理反應如心跳加劇、出汗、體溫升高或降低，尤其是對于體質和心理素質較差的用戶，采用這種智能化急停的方案，有利于保障用戶身心安全。

實施例6

在實施例5的基礎上進一步改進，所述支柱102上還設有顯示器5和智能觸屏輸入模塊6，所述顯示器5用于顯示火災模式，智能觸屏輸入模塊6用于選擇所顯示的火災模式。所述火災模式包括火災發生的空間位置、用戶所處空間位置、用戶察覺起火時間、火災程度和火災現場人數。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。