基于虚拟现实技术的隧道灾害演练平台的研究（论文）.pdf

·115 · 近年来随着计算机技术的快速发展和图形图像显示设备 的更新，虚拟现实（ Virtual Reality，VR）技术已经开始涌进 千家万户。 虚拟现实技术在游戏、影视、教育、旅游、房产等领域 已经得到了广泛的应用，并且对这些领域起到了巨大的推动 作用，与之对比 VR技术在工程领域的应用还处于初步的探索 阶段，为此，将 VR技术引入到隧道工程中去，以虚拟现实的 形式对隧道工程发生的灾害场景进行表达，进行各类灾害演 练，展开员工安全教育培训，形成一个基于 VR技术的隧道灾 害演练平台将是可能的也是必要的。 1 隧道工程的施工现状 近年来随着我国西部大开发进程的加快和城市市政设施 的不断完善，我国隧道和地下空间的修建数量呈现出了快速 增长的趋势。 通常来讲，任何工程都具有一定的风险性，但隧道和地 下工程在施工的过程中相较于地面工程存在着更多的风险， 所以基于 VR技术的隧道灾害演练平台可以很好地应用于隧道 地下工程进行各种灾害演练便于开展员工安全教育。 2 交互的开发 虚拟现实的三大特征是沉浸性、交互性、构想性，交互 程序的开发是虚拟现实交互性和构想性的具体体现。丰富的 交互内容和合理的交互方案，不仅能给用户带来震撼的感官 体验，而且也可以让用户从中学到科学的专业知识。 3 隧道火灾逃生案例开发 VR 隧道火灾逃生系统的开发以 Windows系统为运行平 台，采用 3Dmax软件对隧道结构和施工设备进行建模，以虚 拟现实引擎 Unity3d为开发平台对场景进行集成和交互开发， 采用触摸大屏和 HTCVIVE虚拟现实头盔作为显示和交互设 备。具体开发流程为 ：隧道建模→场景集成→碰撞测试→交 互内容开发。 3.1 B
Ù f 隧道主体结构及其附属设施的模型采用 3Dmax软件进行 创建，在创建隧道主体结构时为使模型接近真实场景，可以 将设计阶段的 CAD图纸导入到 3Dmax软件中作为底图，采用 3Dmax 的样条线工具对隧道的轮廓进行描绘，然后对轮廓截 面进行放样操作，在通过多边形编辑工具进行进一步处理既 可以得到隧道的结构模型。 根据隧道内的实际情况，设备主要包括消防柜、氧气瓶、 灭火器、空气压缩机等，隧道附属设施的创建可以通过实景 拍摄的照片，在 3Dmax中采用照片建模的方式进行，将照片 作为底图，通过挤出、倒角、放样、编辑多变形等多种方法 的综合应用创建出设备模型。 3.2 &?‚N 场景的集成是在 Unity3d引擎中进行的，在场景集成阶段 主要是调节各个模型的位置坐标，调整模型的材质，为场景 添加粒子特效模拟烟雾粉尘，为模型添加碰撞检测等。 需要注意的是由于 Unity3D引擎默认的单位是米，并且 Unity3D 引擎与3Dmax的单位比例是 1∶ 100，所以在 3Dmax 建模阶段需要将其单位设置为厘米，模型导出格式为 FBX。 在将模型导入到 Unity3D引擎以后对各个模型的位置进行调 整，保证设备物体摆放的正确性，然后对各个模型的材质进 行调节，保证场景能正确的进行渲染，通过 Unity3D的粒子 系统为施工场景添加烟雾特效和火灾发生后的火焰效果，丰 富场景元素提高用户体验。 在对场景的基本调节完成以后，需要对场景中的模型添 加碰撞检测，实现外部设备对场景中虚拟物体的感知并避免 模型之间的穿插。在 Unity3d中提供了 Box Collider, Sphere Collider, Capsule Collider, Mesh Collider 等4种包围盒用于碰撞 检测，对于不太复杂的模型可以选用 Mesh Collider，它可以 保证碰撞的精确性，但比较耗费计算机性能，对于轮廓比较 规整的模型可以根据模型的轮廓形状选用其他 3种包围盒，在 满足要求的基础上尽可能降低计算机的运行压力。 3.3 ì ￾—Ÿ 交互内容的开发主要是根据交互方案对外部虚拟现实设 ［摘 要］ ? ??????? ，r??Q VR B
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??]QR南y?)大 f ?G f，?先 ?F/}?? B
y?&?/)大?] f ??y? ??f `，?促???利B ?。 ［关键词］ ??? ； B
；y? ； f ? ［中图分类号］TU 99 ；U 455.31bbbbb ［文献标志码］Bbbbbb ［文章编号］1001–523X（2019）14–0115–02 Research on Tunnel Disaster Drilling Platform Based on Virtual Reality Technology Chen Yi-fei，Cao Shun，Zhang Xin，Liu Zhi-dan ，Zhang Zhi-zeng ［Abstract ］This paper attempts to build a VR tunnel disaster drill platform with virtual reality technology as the core，and simulate the rehearsal of various disasters in tunnels and underground projects ，so that users can immerse themselves in real tunnel disaster scenarios for construction simulation and disaster escape drills.To achieve the purpose of safety education. ［Keywords ］virtual reality ；tunnel ；disaster ；simulation 基于虚拟现实技术的隧道灾害演练 平台的研究 陈一飞 1，曹 顺 1，张 欣 2，柳志丹 3，张志增 1 （1.中原工学院 建筑工程学院，郑州 450007；2