一种基于VR技术的施工安全体验综合解决方案的制作方法

本发明涉及vr技术领域，具体为一种基于vr技术的施工安全体验综合解决方案。

背景技术：

目前市场上有许多安全体验方面的基于vr技术的软件，但是体验的维度及事故模拟的真实度不够，不能给使用者较为震撼真实的感觉，此工人对发全事故的体验感受有限，不能产生深刻的影响，教育效果大大折扣。为了这个目的，因此需要在vr体验过程中需要更多维度体验感受。鉴于此，我们提供一种基于vr技术的施工安全体验综合解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于vr技术的施工安全体验综合解决方案，以解决上述背景技术中提出工人对发全事故的体验感受有限，不能产生深刻的影响，教育效果大大折扣的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于vr技术的施工安全体验综合解决方案，包括vr软件和vr硬件，所述vr软件包括vr设备驱动模块、vr事故场景模式、vr逻辑功能模块、事件处理模块以及通信控制模块；

所述vr设备驱动模块通过vr驱动控制电路控制vr事故场景模式的开闭，所述vr事故场景模式包括vr场景构建和引擎编写，所述vr逻辑功能模块用于处理vr场景中的各种交互及业务逻辑的处理，所述事件处理模块用于触发处理特定事件的动作行为，所述通信控制模块用于处理vr场景软件同网络开关之间的消息通信。

作为本发明的一种优选方案，所述vr场景构建和引擎编写的方法包括如下步骤：

s1：相关人员采用高清相机去建筑工地拍摄取材，模型动画制作人员通过分析整理拍摄素材，并存储至建筑安全施工事故实体模型视频数据库中；

s2：随机从建筑安全施工事故实体模型视频数据库中选取一标准实体模型视频；

s3：利用图像识别技术识别视频信息中的各个实体模型，并确定每个实体模型的位置信息；

s4：结合每个实体模型的位置信息，并利用3dmax/maya建模工具构建建筑安全施工事故3d场景；

s5：根据3d场景的功能需求，特效人员进行相关特效添加，开发人员编写相关功能逻辑代码；

s6：通过unity3d引擎编写3d虚拟场景的交互逻辑、事件触发条件以及通信控制功能，打包出vr场景软件。

作为本发明的一种优选方案，所述vr硬件包括vr行走平台、vr运行设备、气泵硬件设备、vr升降平台、热风设备、冷风设备、大屏幕显示设备、网络控制开关、小球牵引设备，所述vr行走平台的一侧安装所述气泵硬件设备，所述vr行走平台的顶面中心处安装所述vr升降平台，所述vr升降平台的正上方安装有热风设备，所述vr运行设备上安装所述大屏幕显示设备，所述大屏幕显示设备的一侧安装有网络控制开关，所述热风设备的顶部一侧安装所述小球牵引设备。

作为本发明的一种优选方案，所述vr运行设备包括vr头盔、vr主机、vr基站以及vr手柄，所述vr头盔用于输出vr虚拟场景图像，所述vr主机用于3d虚拟场景的运行技术及驱动运行vr头盔设备，所述vr基站用于定位及反馈三维空间位置到vr头盔中，所述vr手柄用于虚拟场景中的功能交互。

作为本发明的一种优选方案，所述气泵硬件设备由电源、电源开关、气缸和气泵组件构成，电源为380v交流电源，气缸设置有两个，分别连接升降平台和小球牵引设备，用于vr升降平台和小球牵引设备提供机械动力，气泵为两个气缸泵气，为气缸运动提供动力之源。

作为本发明的一种优选方案，所述网络控制开关根据vr事故场景模式传输过来的信号，判断打开相应的控制开关，通过vr设备驱动模块执行相应的硬件动作；

所述网络控制开关包括网络控制器、8路开关量输入、网络芯片以及三个固件，网络控制器为8路10a电路控制器，采用常开及常闭输出；8路开关量输入采用高性能的cortex-m3内核的32位的stm32f103c8单片机，网络芯片采用硬件协议的w5500；三个固件通过配置工程下载，分别为通用固件、开关量透传固件以及门禁固件，通用固件为工作在从模式的命令控制，开关量透传固件采用成对使用，其中一个的输入控制另一个的输出，每一个输入对应控制另一个继电器输出，支持tcp、udp通信连接方式，在tcp服务端当时下可支持4个客户端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述网络控制开关的控制方式为：vr虚拟场景中的事故发生时，发出指令开关和相应位置的编号，可打开对应位置的继电器。

作为本发明的一种优选方案，所述小球牵引设备用于牵引小球的升降，小球通过钢丝与气泵硬件设备的气缸连接，小球的上升与下降由气缸运动决定。

作为本发明的一种优选方案，所述vr行走平台采用底面为正八边形的平板制成，且所述vr行走平台的侧边安装有扶手，且所述vr行走平台的内侧开设置有若干换气孔。

作为本发明的一种优选方案，所述vr行走平台的直径为2-3m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本基于vr技术的施工安全体验综合解决方案采用vr安全体验软件和多种硬件设备有机结合，使用户在视觉、触觉、听觉有深刻的体验，能逼真虚拟火灾热浪、高空坠落、物体打击等事故情形，大大提升了使用客户对安全事故的体验感受，引发工人们对现实中安全隐患的重视，采用软硬件有机的配合，从视觉、听觉、触觉给用户多方位多层次的反馈，用户可以感受到vr事故场景中的失重感、感受到冷热痛感，给人深刻的印象，加深对安全事故的了解与重视。

附图说明

图1为本发明的vr软件模块的构成示意图；

图2为本发明的vr硬件模块的构成示意图；

图3为本发明的行走平台的立体结构示意图；

图4为本发明的流程示意图；

图5为本发明的行走平台的俯视示意图。

图中：1、vr软件模块；11、vr设备驱动模块；12、vr事故场景模式；13、vr逻辑功能模块；14、事件处理模块；15、通信控制模块；2、vr硬件模块；21、行走平台；211、扶手；212、换气孔；22、vr运行设备；23、气泵硬件系统；24、升降平台；25、热风设备；26、冷风设备；27、大屏显示设备；28、网络控制开关；29、小球牵引设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种基于vr技术的施工安全体验综合解决方案，如图1所示，包括vr软件1和vr硬件2，vr软件1包括vr设备驱动模块11、vr事故场景模式12、vr逻辑功能模块13、事件处理模块14以及通信控制模块15；

vr设备驱动模块11通过vr驱动控制电路控制vr事故场景模式12的开闭，vr事故场景模式12包括vr场景构建和引擎编写，vr逻辑功能模块13用于处理vr场景中的各种交互及业务逻辑的处理，事件处理模块14用于触发处理特定事件的动作行为，通信控制模块15用于处理vr场景软件同网络开关之间的消息通信。

具体的，vr逻辑功能模块13包含vr安全施工事故场景的人机交互逻辑、ui处理逻辑、特效处理逻辑、相机镜头处理逻辑、动画控制逻辑、视频音频处理逻辑、vr硬件控制逻辑。

此外，通信控制模块15包括如下功能：通信连接及断开、指令消息的发送及接受处理、数据的封装、消息管理中心，vr3d场景软件启动后，进人同特定vr场景，硬件交互，vr模块先调用connect()函数建立与硬件的通信连接，若连接成功，则可以发送相关消息指令，如open2,网络通信模块对该指令进行数据封装，封装完成后经过消息管理中心处理，发送成功后打开继电器的第二路开关，接通相关外设硬件。

vr场景构建和引擎编写的方法包括如下步骤：

s1：相关人员采用高清相机去建筑工地拍摄取材，模型动画制作人员通过分析整理拍摄素材，并存储至建筑安全施工事故实体模型视频数据库中；

s2：随机从建筑安全施工事故实体模型视频数据库中选取一标准实体模型视频；

s3：利用图像识别技术识别视频信息中的各个实体模型，并确定每个实体模型的位置信息；

s4：结合每个实体模型的位置信息，并利用3dmax/maya建模工具构建建筑安全施工事故3d场景；

s5：根据3d场景的功能需求，特效人员进行相关特效添加，开发人员编写相关功能逻辑代码；

s6：通过unity3d引擎编写3d虚拟场景的交互逻辑、事件触发条件以及通信控制功能，打包出vr场景软件。

如图2和图3所示，vr硬件2包括vr行走平台21、vr运行设备22、气泵硬件设备23、vr升降平台24、热风设备25、冷风设备26、大屏幕显示设备27、网络控制开关28、小球牵引设备29，vr行走平台21的一侧安装气泵硬件设备23，vr行走平台21的顶面中心处安装vr升降平台24，vr升降平台24的正上方安装有热风设备25，vr运行设备22上安装大屏幕显示设备27，大屏幕显示设备27的一侧安装有网络控制开关28，热风设备25的顶部一侧安装小球牵引设备29。

具体的，vr运行设备22包括vr头盔、vr主机、vr基站以及vr手柄，vr头盔用于输出vr虚拟场景图像，vr主机用于3d虚拟场景的运行技术及驱动运行vr头盔设备，vr基站用于定位及反馈三维空间位置到vr头盔中，vr手柄用于虚拟场景中的功能交互。

进一步的，气泵硬件设备23由电源、电源开关、气缸和气泵组件构成，电源为380v交流电源，气缸设置有两个，分别连接升降平台和小球牵引设备，用于vr升降平台24和小球牵引设备29提供机械动力，气泵为两个气缸泵气，为气缸运动提供动力之源。

此外，网络控制开关28根据vr事故场景模式12传输过来的信号，判断打开相应的控制开关，通过vr设备驱动模块11执行相应的硬件动作；

网络控制开关28包括网络控制器、8路开关量输入、网络芯片以及三个固件，网络控制器为8路10a电路控制器，采用常开及常闭输出；8路开关量输入采用高性能的cortex-m3内核的32位的stm32f103c8单片机，网络芯片采用硬件协议的w5500；三个固件，通过配置工程下载，分别为通用固件、开关量透传固件以及门禁固件，通用固件为工作在从模式的命令控制，开关量透传固件采用成对使用，其中一个的输入控制另一个的输出，每一个输入对应控制另一个继电器输出，支持tcp、udp通信连接方式，在tcp服务端当时下可支持4个客户端连接。

值得说明的是，网络控制开关28的控制方式为：vr虚拟场景中的事故发生时，发出指令开关和相应位置的编号，可打开对应位置的继电器；如发送on2,则打开第二路继电器，也可通过发送指令00000010，来打开第二路电路继电器，发送off2或00000000，断开第二路继电器。

除此之外，小球牵引设备29用于牵引小球的升降，小球通过钢丝与气泵硬件设备23的气缸连接，小球的上升与下降由气缸运动决定。

实施例2

作为实施例1的一种优选技术方案，vr行走平台21采用底面为正八边形的平板制成，且vr行走平台21的侧边安装有扶手211，可以防止摔倒，且vr行走平台21的内侧开设置有若干换气孔212，可喷出热气或冷气。

具体的，vr行走平台21的直径为2-3m，本实施例中的vr行走平台21的直径为2.5m，如图5所示，空间大，更加舒适。

如图4所示，本发明的基于vr技术的施工安全体验综合解决方案详细步骤介绍如下：

（1）运行vr建筑施工场景，建筑施工场景正常运行的前提是vr设备驱动版本安装更新正常，vr基础设备正常运作；

（2）根据特定事故场景的业务逻辑，处理相关的交互操作，比如火灾场景，就有拿起灭火器，拔掉消防栓，扣动vr手柄进行灭火，一定时间后大火熄灭，场景出现火烧的痕迹等逻辑，均在vr逻辑功能模块13中；

（3）vr事故场景体验过程中若触发了硬件触发事件，则调用相应的通信控制模块15，进行网络通信处理，通过tcp/ip协议向网络控制开关发送消息，若网络控制开关28是连通的，则连接成功，可以向网络控制开关28发送开关控制指令；

（4）网络控制开关28若接受到相关指令消息，通过控制开关逻辑判断是与某个硬件设备相关的开关指令，若为vr升降平台24的相关指令，则执行开启平台相关电源开关，同时气泵硬件设备23中的气缸运动，执行vr升降平台24上升或下降的动作，给体验者快速下落的强烈感受；若为小球牵引相关的指令，则执行小球上下牵引的动作，小球急速坠落，砸在体验者的头上，结合虚拟场景中的高空坠物的情形，给体验者最真实的物体砸中的感觉；

（5）各硬件具体操作与vr场景密切结合，模拟建筑施工各事故场景，如场景中起火了，热风设备25启动，送出热风，给体验者一中热浪迎人的感觉，体验者拿起灭火器执行灭火操作后，热风设备关闭，给人感觉火被灭掉的感觉。

本发明采用vr安全体验软件和多种硬件设备有机结合，使用户在视觉、触觉、听觉有深刻的体验，能逼真虚拟火灾热浪、高空坠落、物体打击等事故情形，大大提升了使用客户对安全事故的体验感受，引发工人们对现实中安全隐患的重视，采用软硬件有机的配合，从视觉、听觉、触觉给用户多方位多层次的反馈，用户可以感受到vr事故场景中的失重感、感受到冷热痛感，给人深刻的印象，加深对安全事故的了解与重视。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。