机场消防车模拟器作业仿真系统设计

发布时间：2018-04-12 16:54

本文选题：消防车模拟器 + 虚拟现实　；参考：《吉林大学》2017年硕士论文

【摘要】：近年来,随着我国国民经济的快速发展,通用航空业加速启航。与此同时,机场安全问题成为机场发展的头等大事,而机场火灾是影响机场安全的主要因素之一。因此,如何经济、高效、安全的培训机场消防员成为当下急需解决的问题。消防模拟器是虚拟现实等先进技术在消防领域的具体应用,为消防训练提供了崭新的途径,解决了传统训练中可重复性差、更新周期长、高危险性等诸多问题,应用前景广阔。而目前,国内外虚拟消防训练系统的应用在消防战略指挥、火灾救援决策、心理能力训练等方面取得了一定的成就,但是由于机场消防车的特殊性,机场消防车模拟器相对较少。此外,现阶段为数不多的消防车模拟器中,大多数系统人—机交互的真实感不强、虚拟消防作业场景逼真度相对较低,无法给消防员提供足够的沉浸感,导致训练效果不佳。课题源于国家安全生产监督管理总局项目“基于分布式协同的消防车虚拟应急演练系统研制”,本文以某机场消防车为样机,搭建了消防车模拟器硬件平台,以虚拟现实等先进技术为基础,建立了消防模拟器的软件系统,模拟生成了集视觉、听觉、触觉为一体的消防车驾驶操纵模拟器。论文的主要内容包括:首先,依托实验室现有特种车辆模拟器硬件,并对其油门、刹车、操控台等主要部件进行改装,完成了消防车模拟器硬件平台的搭建。采用面向对象的层次化设计方法,集成动力学解算、虚拟视景、操纵仿真、音响仿真等系统,建立了模拟器的视景仿真引擎总体框架。其次,基于真实世界场景及真实地形高程数据,完成了作业仿真环境三维建模。将随机风速看作由平均部分和脉动部分组成,采用对数律风速廓线方法模拟平均风场,采用线性滤波数值方法模拟随机脉动风场,建立了自然风场模型。基于粒子系统建模技术,逼真地模拟了消防水柱。分析消防水柱粒子在重力、风力、空气阻力中作用,建立消防水柱运动模型。分析消防水柱与环境交互规律,模拟了消防水柱与环境的交互效果。再次,以飞机起落架为研究对象,采用计算流体动力学方法,基于火灾动力学软件Pyrosim,对火灾场景进行了计算,结合粒子系统和纹理映射技术,真实地模拟了飞机起落架火灾场景。分析火灾在风场中作用规律,模拟了火灾与风的交互效果。基于包围盒碰撞检测技术,完成了火灾与消防水柱的交互效果。而后,考虑到消防车模拟器的全天候作业要求,并增强环境交互的真实感。以天空穹为模型对天空体建模,基于顶点着色器并考虑大气散射影响,模拟动态天空。基于切片的体绘制方法,模拟动态云的效果。采用布告板和纹理映射技术,模拟了太阳、月亮和星体等天体对象。基于粒子系统建模和纹理映射技术,并分析真实自然界中雨雪的运动规律,完成了雨雪天气的模拟。采用距离雾技术,完成了对雾天气的模拟。最后,在以上工作的基础上,搭建了机场消防车模拟器的虚拟仿真平台,并成功地对消防水柱、起落架火灾场景、消防作业过程中天气的真实感模拟进行了试验仿真与分析。此外,对消防车模拟器系统总体进行了测试与评估。本文利用“虚—实”(虚拟的火灾场景、真实的操纵环境)结合的方式,搭建了交互性好、逼真度高、沉浸感较强的机场消防车模拟器平台,其在某些方面可以满足实车训练的要求。
[Abstract]:In recent years , with the rapid development of China ' s national economy , the general aviation industry has accelerated sailing . At the same time , airport security has become one of the main factors affecting airport security . At present , the application of virtual fire protection training system at home and abroad is one of the main factors affecting airport security . Based on the real world scene and the real terrain elevation data , the simulation environment three - dimensional modeling is established . The simulation of rainy and snow weather is completed . The simulation of fog weather is completed by using distance fog technology . Finally , based on the above work , the virtual simulation platform of the airport fire truck simulator is built , and the simulation and analysis of the realistic simulation of the weather in the fire fighting water column , the landing gear fire scene and the fire fighting operation are carried out successfully . In addition , the platform of the airport fire truck simulator with good interactivity , high fidelity and strong immersion feeling is built by using the combination of " virtual - real " ( virtual fire scene and real manipulation environment ) , which can meet the requirements of real - vehicle training in some aspects .

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.9;TU998.131

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