一种基于头戴式混合现实设备的危险行业安全培训系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合现实技术，特别涉及将混合现实技术应用到危险行业培训，属于混合现实设备的技术开发与应用领域。
【背景技术】
[0002]对于社会上的高危行业，在职工入职前的安全培训以及在入职后的定期安全培训是十分有必要的，良好的培训效果可以使受训人员在应对工作中的突发的危险情况时，做出正确的反应，将危险造成的人员的伤亡与设备的损坏等危害降低到最低，有着非常重要的经济价值和社会意义。现场安全培训可以获得与真实情况相同或相似的体验，因此拥有最好的效果，但是由于现场安全培训成本高，有些特殊行业例如煤矿、消防等，需要面对的危险场景很难或无法模拟，因此更多的安全培训无法在现场进行。本发明就是为了解决这一类行业的安全培训问题。
[0003]目前对危险行业的非现场安全培训主要是通过授课的方式进行，主要的信息传递方式是书本阅读、幻灯片或视频等多媒体演示，以及人员的讲解。虽然这些培训也能起到一定的作用，但是通过授课方式的安全培训并不能达到最好的效果，原因在于:首先，受训人员仅仅能从语言、文字、图片、视频等方式获得信息，代入感不够，因此难以留下深刻印象；其次，授课人员的水平及现场发挥也直接影响培训的效果；另外，考察授课式培训效果的主要方式是试卷考察，而受训者即使能够在答卷时做对并通过检验，并不能保证其在实际中遇到突发危险情况能够迅速做出正确的判断和反应。
[0004]随着时间的推移，大家逐渐认识到了授课式安全培训的不足。伴随计算机技术的发展，计算机软件培训方法也越来越多地被使用。该方法主要形式是受训者通过显示器观看关于危险场景正确应对方式的，并通过鼠标和键盘等交互设备在培训软件建立的虚拟危险场景中进行操作与练习。与传统授课方式相比，计算机培训更加直观、易懂，但是也有明显缺点:受训者仅能通过显示器观看平面的图像，也仅能通过鼠标和键盘与虚拟的培训场景进行交互，与现场培训方式相比还是有很大差距。再往后，开始使用多显示器并联来模拟更大的场景角度，甚至使用环形投影技术来实现360°场景的建立，都是为了弥补电脑显示器仅有一个平面、体验不够真实的缺点。但是多显示器并联和环形投影技术都是显示的平面，并不能真实地呈现三维场景情况，并且人机交互方面体验不佳。
[0005]为了解决屏幕显示无法做到三维立体空间显示的缺点，随着虚拟现实设备的发展，有人提出利用虚拟现实技术进行安全培训。与之前的所有技术相比，虚拟现实技术可以真实地建立一个虚拟世界，能够模拟各种危险场景，达到完全的沉浸式体验的培训。但是虚拟现实技术也有一个缺点，那就是虚拟现实技术完全用虚拟的世界遮挡了现实的世界，受训者与现实世界完全隔绝，无法与现实世界进行互动，而且由于受训人员无法看到现实场景，因此在使用虚拟现实设备时，必须要考虑使用过程中的安全问题，防治受训人员在现实世界中受伤，因此该方法有明显的局限性。
[0006]综上所述，目前的非现场安全培训所使用的技术都有明显的缺点与不足，实现的效果与现场安全培训有很大差距。
【发明内容】
[0007]为了改进其他方法的缺点与不足，本发明提供了一种基于头戴式混合现实设备的危险行业安全培训系统，通过混合现实设备与培训系统软件的结合，可以将生成的虚拟场景叠加在现实场景之上，建立各种危险行业安全培训的混合现实场景，并通过分析受训者的运动、语音等操作，实时更新虚拟场景，该系统还能实现多名受训者在同一混合现实场景中培训。该发明提供了一种简单、直观、高效的人机交互安全培训系统，达到媲美现场安全培训的效果。
[0008]本发明是一种基于头戴式混合现实设备的危险行业安全培训系统，该系统由混合现实设备、培训系统软件以及配套的现实场景构成。其中:
[0009]混合现实设备是由处理器、内存、储存器、多种传感器、摄像头、半透明显示器、立体声耳机、无线连接适配器等硬件组成的可独立运行的一体化头戴式设备，负责人机交互的输入与输出功能，例如Microsoft公司的HoloLens设备。
[0010]混合现实设备的传感器种类包括但不限于距离传感器、加速传感器、陀螺仪、磁力计、摄像头、眼球追踪传感器等，可以实现诸如实时感知周围空间环境、捕捉受训者的动作、指令等功能。
[0011]混合现实设备的显示器是半透明的，位于受训者眼睛前方，可以显示培训系统软件生成的虚拟场景并遮挡相应的现实场景，虚拟场景和未被遮挡的现实场景可以同时被受训者看到，进而实现一种混合现实体验。
[0012]培训系统软件主要功能包括:①处理传感器捕捉的空间信息并生成与之匹配的虚拟场景结合受训者操作信息，对虚拟场景进行实时更新；③将整个培训过程所有信息进行存储，并对过程中的单个或多个变量进行分析，或对训练效果进行分析与评估；④结合无线适配器与无线网络，将两台或多台混合现实设备连接起来，以实现多个受训者在用一个混合现实场景中协同培训。
[0013]培训系统软件生成的虚拟培训场景可以基于多重引擎开发，例如Unity3D引擎。
[0014]现实场景包括场地与其中的物品，场地的大小决定了混合现实场景的大小，而其中的物品则是虚拟场景覆盖和加强的基础，不同的培训对这两者有不同的要求，因此需要根据培训内容对现实场景进行设计。
[0015]本发明的优点为:
[0016]①结合混合现实设备与培训系统软件，能够建立基于现实场景和虚拟场景的混合现实培训场景，并根据受训者的运动、语音等操作实时更新虚拟场景，受训者可获得媲美现场安全培训的混合现实安全培训体验，达到最接近现场培训的效果；
[0017]②通过培训系统软件能够模拟不同行业、不同类型的混合现实危险场景，在保证与现场培训效果接近的情况下，极大地降低了培训场景的成本，保证了培训过程安全，且虚拟场景能随着软件的更新而升级；
[0018]③通过无线网络，可以实现多名受训者在同一个混合现实场景中共同培训，不仅提高培训效率，还能培训受训者之间遇到危险情况时的协作能力；
[0019]④通过软件的记录功能，可以自由地对培训过程与结果进行回放与分析，找出培训的不足并分析改进的方法。
【附图说明】
[0020]图1为混合现实设备显示效果示意图；
[0021]图2为多人同时使用混合现实设备示意图；
[0022]图3为该系统使用流程图。
【具体实施方式】
[0023]本发明基于混合现实技术与设备，结合专用的安全培训系统软件，提供了一种基于头戴式混合现实设备的安全培训系统。由于混合现实技术的特性，本发明克服了以往非现场安全培训方法的各种缺点，可以将生成的虚拟场景叠加在现实场景之上，建立各种危险行业安全培训的混合现实场景，并通过分析受训者的运动、语音等操作，实时更新虚拟场景，该系统还能实现多名受训者在同一混合现实场景中培训。该发明提供了一种简单、直观、高效的人机交互式混合现实安全培训系统，达到媲美现场安全培训的效果。
[0024]该培训系统由三部分组成:混合现实设备、安全培训系统软件以及配套的现实场景。
[0025]混合现实设备是一个可独立运行的一体化头戴式设备，是本系统中的主要硬件设备，该设备主要有三类组件:(I)负责人机交互的输入组件，主要包括用于获取现实场景空间信息，捕捉受训者肢体动作、语音命令、眼部运动等操作的各类传感器；(2)提供运算能力的计算机组件，主要包括计算机正常运行必备的硬件，如处理器、内存、储存器、电池、无线网络模块等；(3)负责人机交互的输出组件，主要包括位于受训者眼睛前方的半透明显示器与耳朵旁的立体声耳机等。
[0026]安全培