虚拟现实技术及其在安全中应用课件.ppt
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1、虚拟现实技术及其在安全中的应用虚拟现实技术及其在安全中的应用Virtual Reality Technology and Its Application in Safety罗罗 周周 全全虚拟现实技术虚拟现实技术 Virtual Reality Technology一、虚拟现实一、虚拟现实 虚拟现实虚拟现实(Virtual Reality VR)(Virtual Reality VR)是一种可以创建和是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它充分利用计算机硬件与体验虚拟世界的计算机系统。它充分利用计算机硬件与软件资源的集成技术,提供了一种实时的、三维的虚拟软件资源的集成技术,提供了一种实时的
2、、三维的虚拟环境环境(Virtual Environment)(Virtual Environment),使用者完全可以进入虚,使用者完全可以进入虚拟环境中,观看计算机产生的虚拟世界,听到逼真的声拟环境中,观看计算机产生的虚拟世界,听到逼真的声音,在虚拟环境中交互操作,有真实感,可以讲话,并音,在虚拟环境中交互操作,有真实感,可以讲话,并且能够嗅到气味。且能够嗅到气味。二、虚拟现实技术二、虚拟现实技术 虚拟现实技术:一种综合计算机图形技虚拟现实技术:一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术术、网络技术
3、、立体显示技术以及仿真技术等多种科学技术而发展起来的计算机领域的等多种科学技术而发展起来的计算机领域的新技术。新技术。虚拟现实技术虚拟现实技术目前所涉及的研究应用领目前所涉及的研究应用领域已经包括军事、医学、心理学、教育、科域已经包括军事、医学、心理学、教育、科研、商业、影视、娱乐、制造业、工程训练研、商业、影视、娱乐、制造业、工程训练等。等。VRVR技术已经被公认为是技术已经被公认为是2121世纪重要的发世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。展学科以及影响人们生活的重要技术之一。三、虚拟现实技术的产生与发展三、虚拟现实技术的产生与发展 虚拟现实技术的发展历史最早可以追溯到虚拟现实
4、技术的发展历史最早可以追溯到1818世世纪。纪。2020世纪中期率先美国世纪中期率先美国VPLVPL探索公司和它的创始人探索公司和它的创始人JaronJaron Lanier Lanier提出这一概念。提出这一概念。19901990年在美国达拉斯年在美国达拉斯召开的国际会议上明确了虚拟现实的主要技术构成,召开的国际会议上明确了虚拟现实的主要技术构成,即实时三维图形生成技术、多传感交互技术及高分即实时三维图形生成技术、多传感交互技术及高分辨率显示技术。辨率显示技术。虚拟现实技术经过虚拟现实技术经过2020多年的多年的研究探索,于研究探索,于2020世纪世纪8080年代末走年代末走出实验室,开始进
5、入实用化阶段。出实验室,开始进入实用化阶段。目前已在娱乐、医疗、工程和建目前已在娱乐、医疗、工程和建筑、教育和培训、军事模拟、科筑、教育和培训、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应学和金融可视化等方面获得了应用,并取得了显著的综合效益。用,并取得了显著的综合效益。四、虚拟现实技术系统四、虚拟现实技术系统 虚虚拟拟现现实实集集成成了了计计算算机机图图形形技技术术、计计算算机机仿仿真真技技术术、人人工工智智能能、传传 感感 技技 术术、显显 示示 技技 术术、网网 络络 并并 行行 处处 理理 等等 技技 术术 的的发展成果,是一种由计算机生成的高技术模拟系统。发展成果,是一种由计算机生成的高
6、技术模拟系统。输入输出设备输入输出设备 虚拟环境及其软件虚拟环境及其软件外部设备外部设备如头盔式显示器、立体耳机、如头盔式显示器、立体耳机、头部跟踪系统以及数据手套头部跟踪系统以及数据手套用以描述具体的虚拟环境等动用以描述具体的虚拟环境等动态特性、结构以及交互规则等态特性、结构以及交互规则等计算机系统以及图形、声音合计算机系统以及图形、声音合成设备等成设备等 虚拟现实技术系统虚拟现实技术系统 VRVR系统根据其硬件规模分成系统根据其硬件规模分成 :台式系统台式系统、立体台式立体台式VRVR系统系统(在台式(在台式系统的基础上系统的基础上,增加了一种窗式眼睛增加了一种窗式眼睛,以生成和观测三维视
7、图)、以生成和观测三维视图)、沉侵式沉侵式VRVR系统系统(能实现(能实现VRVR环境中的人机交互作用)、环境中的人机交互作用)、投影式投影式VRVR系统系统(增加了一(增加了一种大屏幕投影机或数字显示墙以显示种大屏幕投影机或数字显示墙以显示VRVR三维环境)、三维环境)、模拟式模拟式VRVR系统系统(可(可产生更为真实的环境效果)。产生更为真实的环境效果)。虚拟环境系统虚拟环境系统沉侵式沉侵式VR系统系统五、虚拟现实技术基本特征五、虚拟现实技术基本特征虚拟现实具有以下三个基本特征:虚拟现实具有以下三个基本特征:沉浸沉浸(Immersion)(Immersion)、交互交互(Interacti
8、on)(Interaction)和和构想构想(Imagination)(Imagination),即通常所说的,即通常所说的“3I3I”。指用户借助各类先进的传感器进入虚拟环境之后,由于他所看到指用户借助各类先进的传感器进入虚拟环境之后,由于他所看到的、听到的、感受到的一切内容非常逼真,因此,他相信这一切的、听到的、感受到的一切内容非常逼真,因此,他相信这一切都都“真实真实”存在,而且相信自己正处于所感受到的环境中。存在,而且相信自己正处于所感受到的环境中。指用户进入虚拟环境后,不仅可以通过各类先进的传感器获得逼指用户进入虚拟环境后,不仅可以通过各类先进的传感器获得逼真的感受,而且可以用自然的
9、方式对虚拟环境中的物体进行操作。真的感受,而且可以用自然的方式对虚拟环境中的物体进行操作。如搬动虚拟环境中的一个虚拟盒子,甚至还可以在搬动盒子时感如搬动虚拟环境中的一个虚拟盒子,甚至还可以在搬动盒子时感受到盒子的重量。受到盒子的重量。浸没浸没交互交互是由虚拟环境的逼真性与实时交互性而使用户产生更丰富的联想,是由虚拟环境的逼真性与实时交互性而使用户产生更丰富的联想,它是获取沉浸感的一个必要条件。它是获取沉浸感的一个必要条件。构想构想六、六、VR的关键技术的关键技术动态环境建模技术动态环境建模技术立体显示和传感器技术立体显示和传感器技术系统开发工具应用技术系统开发工具应用技术。实时三维图形生成技术
10、实时三维图形生成技术系统集成技术系统集成技术动态环境建模技术:动态环境建模技术:虚拟环境的建立是VR技术的核心内容,动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据,并根据应用的需要,利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。立体显示和传感器技术:立体显示和传感器技术:VRVR依赖于立体显示和传感依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的器技术的发展。现有的VRVR设备还不能满足系统的需设备还不能满足系统的需要,例如头盔式三维立体显示器过重、分辨率低等要,例如头盔式三维立体显示器过重、分辨率低等缺点;同样,数据手套、数据衣等都有延迟大、分缺点;同样,数据手套、数据衣等都有延迟大、分辨率低、使用不便
11、等缺点,因此有必要开发新的三辨率低、使用不便等缺点,因此有必要开发新的三维显示系统。维显示系统。系统开发工具应用技术:系统开发工具应用技术:选择适当的应用对象可以大幅度地提高效率,减轻劳动强度,提高产品质量。为了达到这一目的,必须研究VR的开发工具。实时三维图形生成技术实时三维图形生成技术:三维图形的生成技术已较成熟,而关键是如何“实时生效”。在不降低图形的质量和复杂程度的前提下,如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。系统集成技术:系统集成技术:包括信息的同步、模型的标定、数据转换、数据管理模型、识别与合成等等技术。七、虚拟现实技术的应用七、虚拟现实技术的应用VRT军事军事教育教育医疗医疗工业
12、工业矿山矿山安全安全交通交通建筑建筑 虚拟现实技术广泛应用于计算机、工业、医疗、建虚拟现实技术广泛应用于计算机、工业、医疗、建筑、交通等及其相关领域。在安全领域,虚拟现实技筑、交通等及其相关领域。在安全领域,虚拟现实技术已经越来越凸现出优势。术已经越来越凸现出优势。虚拟现实技术在安全领域的应用虚拟现实技术在安全领域的应用Applications of Virtual Reality Technology in Safety一、虚拟现实技术在安全中的主要应用一、虚拟现实技术在安全中的主要应用对出现的危险情况进行模拟对出现的危险情况进行模拟。通过虚拟现实针对模拟的情况进行必要的改进通过虚拟现实针对
13、模拟的情况进行必要的改进。通过通过VR重现事故现场,分析事故原因重现事故现场,分析事故原因。进行安全教育用进行安全教育用VR技术进行现场模拟技术进行现场模拟。对出现的危险情况进行模拟:对出现的危险情况进行模拟:在实际生产系统在实际生产系统中,引发事故的原因多种多样,人、机械、环中,引发事故的原因多种多样,人、机械、环境三要素中任何一个发生的随机事件都可能引境三要素中任何一个发生的随机事件都可能引发严重的事故,有很强的不可预见性。利用发严重的事故,有很强的不可预见性。利用VRVR技术,可以事先模拟事件的发生过程及可能造技术,可以事先模拟事件的发生过程及可能造成的严重后果。成的严重后果。通过虚拟现
14、实针对模拟的情况进行必要的改进:通过虚拟现实针对模拟的情况进行必要的改进:可以对现场有更多的了解,采取措施进行改进,可以对现场有更多的了解,采取措施进行改进,如隔离、设置安全通道,设置警示牌,改进设计如隔离、设置安全通道,设置警示牌,改进设计或改进现场布置等。或改进现场布置等。通过通过VR重现事故现场,分析事故原因:重现事故现场,分析事故原因:对已经发生的事故,根据现场的情况进行模拟,再现事故现场,以清楚了解事故发生的全部原因,杜绝同类事故的再次发生。用用VR技术进行现场模拟进行安全教育:技术进行现场模拟进行安全教育:让工作人员在虚拟环境中熟悉了解工作现场、工作程序及安全注意事项,直观生动,效
15、果好。二、虚拟现实技术在矿山安全中的应用二、虚拟现实技术在矿山安全中的应用 目前,目前,目前,目前,VRVRVRVR技术在矿山安全中的应用主要包括以下几方面:技术在矿山安全中的应用主要包括以下几方面:技术在矿山安全中的应用主要包括以下几方面:技术在矿山安全中的应用主要包括以下几方面:u应用应用VRVR技术进行矿山生产环境的风险评价技术进行矿山生产环境的风险评价u应用应用VRVR技术进行矿山工作人员的技术培训技术进行矿山工作人员的技术培训u应用应用VRVR技术进行事故调查技术进行事故调查u应用应用VRVR技术进行矿井火灾和瓦斯爆炸的研究技术进行矿井火灾和瓦斯爆炸的研究模型环境中的人及设备的行为1
16、 1、应用、应用VRVR技术进行矿山生产环境的风险评价技术进行矿山生产环境的风险评价 通过开发一系列的虚拟现实模通过开发一系列的虚拟现实模型,如露天矿单斗型,如露天矿单斗-卡车作业系统、卡车作业系统、矿井开采系统模拟模型等,应用矿井开采系统模拟模型等,应用VR技技术辅助识别和评价所研究对象术辅助识别和评价所研究对象(如设备、人员)的风险状况(如设备、人员)的风险状况,从而从而得出更客观的风险评价。得出更客观的风险评价。考考虑虑因因素素模型环境中的人及设备的位置及其运动风险评价的三维性质VR计算机系统可自动地进行任何生产环境的风险计算机系统可自动地进行任何生产环境的风险分析。该系统考虑虚拟环境中
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