铁路事故救援模拟虚拟现实系统研究与设计

摘要

铁路的发展不仅给人们的出行带来了极大的方便，也促进了国民经济的快速发展。然而作为一种交通工具，行车事故时有发生也难以完全避免。在事故发生后铁路救援人员要尽快进行救援、消除线路障碍、缩短行车中断时间等。为了提高铁路救援人员救援效率，通常会针对性地进行实地救援训练，虽然可以取得一定的成效。但是，考虑到巨大的人力、物力以及可能存在安全事故，实地进行铁路救援训练显然并不是很好的方式。 采用虚拟现实技术的训练系统能够为铁路救援人员提供安全、有效以及低成本的训练环境。本文基于虚拟现实技术提出了一套铁路事故救援模拟虚拟现实系统。该系统以虚拟现实交互设备以及三维物理引擎为基础，搭建铁路事故救援模拟虚拟现实系统的开发框架。建立事故现场真实铁路系统、进行虚拟事故仿真模拟、搭建铁路起重机的动力学模型、为用户提供可视化的虚拟事故场景。在人机交互上，采用手势追踪技术来实现用户与虚拟场景的交互，并且可以有效地模拟吊复作业中的起重机操作员与信号指挥员之间的协同操作。 为了评估本文提出的系统性能，我们把它与手柄控制的训练系统进了比较，并邀请了10位实验参与人员进行体验，分别从两种训练系统的可用性和易用性进行了评估。结果显示，使用虚拟现实技术进行铁路事故救援训练具有可行性。相比于手柄为交互方式的训练系统，实验参与人员使用本文提出的系统能够更快速地完成吊复任务，并且失误的次数更少，这些结果与收集的实验人员的用户体验反馈也是一致的。