一种基于VR的煤矿安全培训系统

摘要

本发明公开了一种基于VR的煤矿安全培训系统，所述系统包括：场景存储模块、场景演算模块、场景输出模块以及场景交互模块；通过使用计算机和VR交互技术，在场景演算模块的实时矿场环境模拟下，实现了对相关需要培训的人员进行实地模拟讲解的目的，相较于纯粹的理论式学习效率更高，更能够激发学习者自身对矿场环境模式的理解，同时采用实地模拟的方式，还能够对各种应急突发事件包括安全事件进行模拟演练，培养相关学习者在实际遇到相关应急突发事件时的处理能力，而这一点在传统的现实考察中是无法实现的，在培训中也更加安全。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿开采培训相关技术领域，具体是一种基于VR的煤矿安全培训系统。

背景技术

煤矿安全培训是为了加强煤矿工作安全，提高从业人员安全素养而设立进行的，与其它各行业的培训相似，其多进行于相关人员需要进行未曾执行过的工作前，通过理论和实践等多个维度对工作场所、内容以及可能会发生的香瓜突发事宜进行讲解和预演，以培养相关人员在正式进入当工作时的处理能力，鉴于煤矿相关行业的特殊性，其安全培训便更加的重要。

现有技术中煤矿行业的安全培训方式多采用理论加实践的方式执行，即安排员工进行相关的理论知识学习去了解相关的场所、方法以及各种情况的处理应对方式，然后再通过安排实地的学习进行巩固理论知识，从而达到培训的目的。

但这样的培训方式在将理论转化成实际操作的过程中，往往效果较差，理论与实际间存在较大的偏差，使得相关学习者在进行实地操作时往往不知所措，存在较大的安全隐患，且遇到相关情况需要应对处理时，处理不及时也可能会带来更大的危险，进一步的，实地学习的方式往往只能学习表面的问题，对于可能发生的意外情况无法进行实地的演示训练，因此，当正式进入岗位后遇到突发情况时，没有足够的处理经验所带来的后果是十分严重的，因此这里提出了一种基于VR的煤矿安全培训系统以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于VR的煤矿安全培训系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于VR的煤矿安全培训系统，所述系统包括：

场景存储模块，用于存储煤矿安全培训的相关三维场景数据，所述三维场景数据用于表征矿场的环境场景信息以及所述矿场的环境场景信息变化方式；

场景演算模块，用于建立三维演算空间，并读取所述场景存储模块中的三维场景数据，根据三维场景数据在所述三维演算空间进行场景演算，生成场景演算结果；

场景输出模块，根据所述场景演算结果进行可视化处理，生成VR视频内容，输出所述VR视频内容；

场景交互模块，用于在所述三维演算空间中建立用户模型，并接收用户控制数据，根据所述用户控制数据生成三维场景数据调节数据，所述三维场景数据调节数据作用于所述三维场景数据。

作为本发明的进一步方案：所述三维场景数据包括：

理论学习场景数据，存储有无特殊事件发生的矿场环境场景数据；以及

应急处理场景数据，存储有特殊事件发生的矿场环境场景数据；

所述特殊事件用于表征矿场安全规范中的安全应急事件。

作为本发明的再进一步方案：所述理论学习场景数据与所述应急处理场景数据的数量为多个，多个所述理论学习场景数据分别用于表征不同矿场的环境场景数据；

多个所述应急处理场景数据分别用于表征不同所述理论学习场景数据中的多种所述特殊事件的环境场景信息的变化方式。

作为本发明的再进一步方案：所述场景交互模块包括：

用户模型单元，用于在所述三维演算空间中建立用户模型，所述用户模型能够对所述三维演算空间中的所述三维场景数据产生模型干涉作用；

控制接收单元，用于接收对所述用户模型数据的动作控制数据；

控制映射单元，用于根据动作控制数据对所述三维演算空间中的所述用户模型进行动作映射；以及

物理转换单元，用于分析和记录所述用户模型对所述三维场景数据的干涉方式，生成干涉结果，对所述干涉结果进行物理模型解算，生成所述三维场景数据调节数据。

作为本发明的再进一步方案：所述用户模型单元具体包括：

躯干子单元，用于模拟人体躯干位置及状态；

抓取子单元，用于模拟人体手部的抓取动作；以及

移动子单元，用于驱动所述用户模型单元的移动。

作为本发明的再进一步方案：所述场景演算模块具体包括：

场景选取单元，用于接收场景选取信号，根据所述场景选取信号内容读取所述场景存储模块中的所述三维场景数据；

调节接收单元，用于接收三维场景数据调节数据，根据所述三维场景调节数据对所述三维场景数据进行调节，生成实时场景数据；

场景演算单元，用于根据所述三维场景数据建立三维演算空间，并根据所述实时场景数据对所述三维演算空间中的三维场景数据进行更新，生成场景演算结果；以及

演算输出单元，用于输出所述场景演算结果。

作为本发明的再进一步方案：所述场景选取单元包括：

理论场景选取子单元，用于接收场景选取信号以选取理论学习场景数据；以及

应急事件选取子单元，用于接收场景选取信号以选取与所述理论学习场景数据相对应的应急处理场景数据。

作为本发明的再进一步方案：所述场景输出模块具体包括：

可视听化转换单元，用于对所述场景演算结果进行可视化处理生成视觉轨道数据和音频轨道数据；

VR输出单元，用于输出所述视觉轨道数据；以及

声音输出单元，用于输出所述听觉轨道数据。

作为本发明的再进一步方案：所述场景演算模块还包括：

生存环境演算单元，用于对三维演算空间中的三维场景数据进行生命条件分析，生成生存指数，所述生存指数用于表征生命体是否能够继续维持生存状态。

作为本发明的再进一步方案：所述场景演算模块还包括：

时间轴控制单元，用于存储三维演算空间中的历史演算数据，并根据控制信号读取历史演算数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过使用计算机和VR交互技术，在场景演算模块的实时矿场环境模拟下，实现了对相关需要培训的人员进行实地模拟讲解的目的，相较于纯粹的理论式学习效率更高，更能够激发学习者自身对矿场环境模式的理解，同时采用实地模拟的方式，还能够对各种应急突发事件包括安全事件进行模拟演练，培养相关学习者在实际遇到相关应急突发事件时的处理能力，而这一点在传统的现实考察中是无法实现的，在培训中也更加安全。

附图说明

图1为一种基于VR的煤矿安全培训系统的模块框图。

图2为一种基于VR的煤矿安全培训系统中场景交互模块的组成框图。

图3为一种基于VR的煤矿安全培训系统中用户模型单元的子单元框图。

图4为一种基于VR的煤矿安全培训系统中场景演算模块的具体单元框图。

图5为一种基于VR的煤矿安全培训系统中场景输出模块的具体组成框图。

图6为一种基于VR的煤矿安全培训系统中场景演算模块的详细组成单元框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现方式进行详细描述。

如图1所述，为本发明一个实施例提供的一种基于VR的煤矿安全培训系统，所述系统包括：

S100，场景存储模块，用于存储煤矿安全培训的相关三维场景数据，所述三维场景数据用于表征矿场的环境场景信息以及所述矿场的环境场景信息变化方式。

S300，场景演算模块，用于建立三维演算空间，并读取所述场景存储模块中的三维场景数据，根据三维场景数据在所述三维演算空间进行场景演算，生成场景演算结果。

S500，场景输出模块，根据所述场景演算结果进行可视化处理，生成VR视频内容，输出所述VR视频内容。

S700，场景交互模块，用于在所述三维演算空间中建立用户模型，并接收用户控制数据，根据所述用户控制数据生成三维场景数据调节数据，所述三维场景数据调节数据作用于所述三维场景数据。

本发明实施例中，提供了一种基于VR的煤矿安全培训系统，通过使用计算机和VR交互技术，在场景演算模块的实时矿场环境模拟下，实现了对相关需要培训的人员进行实地模拟讲解的目的，相较于纯粹的理论式学习效率更高，更能够激发学习者自身对矿场环境模式的理解，同时采用实地模拟的方式，还能够对各种应急突发事件包括安全事件进行模拟演练，培养相关学习者在实际遇到相关应急突发事件时的处理能力，而这一点在传统的现实考察中是无法实现的，在培训中也更加安全；具体的，模块S100中预先存储有多种三维场景数据，这些三维场景数据为前期通过对以往的矿场进行扫描和采集而获得的，其中也包括了某些特殊的应急事件或是安全事件发生的相关环境数据，这些环境数据可以是之前确实发生过的，也可以完全是预估的可能有一定概率发生的事件，对于发生过的事件，可以通过对事件前后的评估使用计算机建立事件过程模拟，而设定的可能发生的事件则完全设定规模后通过计算机进行模拟发生的状态，然后进行存储；在模块300中，三维演算空间为进行三维场景数据进行实时变化演算的时间轴意义概念，即在此时间轴上对三维场景数据进行展开模拟，解算成三维空间模型，也就是场景演算结果，最后通过场景输出模块S500进行可视化输出，这里需要进行说明的是，S100所向场景演算模块S300提供的三维场景数据是作为一个基本竖直存在的，即不在任何外界调节干扰改变下的反应场景状态的数据，而在场景交互模块S700中，该模块可以与使用者（包括学习者和培训者）进行交互，场景交互模块在解算后的三维空间模型作用，在其中建立用户模型（初始动作）然后使用者通过控制用户模型对三维空间模型作用，生成三维场景的调节数据（这里可以是如对三维场景中的一件物体施加某个方向的力），然后该场景调节数据对三维场景数据进行调节控制，通过场景演算模块S300生成新的场景，再通过场景输出模块S500继续输出。

作为本发明一种优选的实施例，所述三维场景数据包括：

理论学习场景数据，存储有无特殊事件发生的矿场环境场景数据；以及应急处理场景数据，存储有特殊事件发生的矿场环境场景数据。

所述特殊事件用于表征矿场安全规范中的安全应急事件。

具体的来说，所述理论学习场景数据与所述应急处理场景数据的数量为多个，多个所述理论学习场景数据分别用于表征不同矿场的环境场景数据。

多个所述应急处理场景数据分别用于表征不同所述理论学习场景数据中的多种所述特殊事件的环境场景信息的变化方式。

本发明实施例中，三维场景数据包含了两个部分，这两个部分可以分别用于理论内容学习和实践内容学习，其中应急处理场景数据是依附于所述理论学习场景数据的，即可以理解为每一个理论学习场景数据下设有多个应急处理场景数据，应急处理场景数据表征的是各种可能发生的应急事件，因此对于不同的矿场环境，不同应急事件发生的概率，发生点的周边环境、危害度以及处理方式也都是有所不同的，当学习者在理论学习场景数据的场景下熟悉的了解了各种理论基础后，对理论学习场景数据增加不同的应急处理场景数据以增加应急事件的发生，从而练习学习者对不同应急事件的处理方式并积累处理经验。

如图2和图3所示，作为本发明一种优选的实施例，所述场景交互模块S700包括：

S701，用户模型单元，用于在所述三维演算空间中建立用户模型，所述用户模型能够对所述三维演算空间中的所述三维场景数据产生模型干涉作用。

S702，控制接收单元，用于接收对所述用户模型数据的动作控制数据。

S703，控制映射单元，用于根据动作控制数据对所述三维演算空间中的所述用户模型进行动作映射。

S704，物理转换单元，用于分析和记录所述用户模型对所述三维场景数据的干涉方式，生成干涉结果，对所述干涉结果进行物理模型解算，生成所述三维场景数据调节数据。

具体的来说，所述用户模型单元S701具体包括：

S7011，躯干子单元，用于模拟人体躯干位置及状态。

S7012，抓取子单元，用于模拟人体手部的抓取动作。

S7013，移动子单元，用于驱动所述用户模型单元的移动。

本发明实施例中，是对模块S700的详细拆解说明，其中用户模型单元S701的数量不定，但至少为一个，控制接收单元S702等也均会与用户模型单元S701分别对应控制，在用户模型单元S701中设有抓取子单元S7012，该子单元在控制映射单元S703的控制下会对三维场景数据产生模型干涉（如对场景中的某件物品施加了力，在这里，施加力并非是通过模型间的重合之间实现的，模型间的重合只是起到视觉上的反馈作用，其实现是通过控制接收单元S702接收的使用者的控制信号而产生的，而使用者的控制信号发出则通过视觉反馈来判断发出的），移动子单元S7013则是驱动用户模型运动的模型单元，其运动也是通过使用者的控制信号实现的。

如图4所示，作为本发明一种优选的实施例，所述场景演算模块S300具体包括：

S301，场景选取单元，用于接收场景选取信号，根据所述场景选取信号内容读取所述场景存储模块中的所述三维场景数据。

S302，调节接收单元，用于接收三维场景数据调节数据，根据所述三维场景调节数据对所述三维场景数据进行调节，生成实时场景数据。

S303，场景演算单元，用于根据所述三维场景数据建立三维演算空间，并根据所述实时场景数据对所述三维演算空间中的三维场景数据进行更新，生成场景演算结果。

S304，演算输出单元，用于输出所述场景演算结果。

具体的来说，所述场景选取单元S301包括：

理论场景选取子单元，用于接收场景选取信号以选取理论学习场景数据。

应急事件选取子单元，用于接收场景选取信号以选取与所述理论学习场景数据相对应的应急处理场景数据。

本发明实施例中，是对场景演算模块S300的具体描述，这里包括调节接收单元S302，调节接收单元S302是与场景交互模块进行数据交换的并影响场景演算的主要信号数据交换单元。

如图5所示，作为本发明一种优选的实施例，所述场景输出模块S500具体包括：

S501，可视听化转换单元，用于对所述场景演算结果进行可视化处理生成视觉轨道数据和音频轨道数据。

S502，VR输出单元，用于输出所述视觉轨道数据。

S503，声音输出单元，用于输出所述听觉轨道数据。

本发明实施例中，本发明优选实施例是对场景输出模块S500的详细分解说明，包括可视听化转换单元S501，场景演算模块S300中产生的场景演算结果并非是可以直接被视听的数据类型，因此需要将其进行转化为媒体流数据，然后分别通过VR输出单元S502和声音输出单元S503进行可视听化输出。

如图6所示，作为本发明一种优选的实施例，所述场景演算模块S300还包括：

S305，生存环境演算单元，用于对三维演算空间中的三维场景数据进行生命条件分析，生成生存指数，所述生存指数用于表征生命体是否能够继续维持生存状态。

本发明实施例中，生存环境演算单元S305的作用是对模拟中的矿场环境进行评估，判断其能否支撑操作人员在其中生存的基本生存条件，这一点可以作为应急事件模拟时的处理判断的一项，是否妥善处理使得矿场环境没有对操作人员产生生命危险，能否保证相关人员在紧急事件发生时有效的撤退。

如图6所示，作为本发明一种优选的实施例，所述场景演算模块S300还包括：

S306，时间轴控制单元，用于存储三维演算空间中的历史演算数据，并根据控制信号读取历史演算数据。

本发明实施例中，时间轴控制单元S306可以对整个三维空间中的演算过程进行记录和保存，以直线时间线的方式，因此这样可以做到的效果是，当在进行应急事件的培训时，在各种操作处理完成生成结果后，可以通过调节时间轴的方式，将演算过的模型进行调出，并进行应急处理方式以及效果的分析，进行正确操作的讨论与错误操作的排出，提高培训的质量，能够进一步提高相关人员的处理经验，降低进入到实际操作中的失误率，提高矿场作业的安全性。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。