一种基于VR的多人虚拟现场巡检培训系统及培训方法与流程

本发明涉及虚拟现实，具体涉及一种基于vr的多人虚拟现场巡检培训系统及培训方法。

背景技术：

1、随着工业领域的发展和竞争，工业的运转系统更加复杂，这就代表着工业发展和进步需要基于实战经验的积累，并且对人员的专业技能和安全意识提出了更高的要求，这个过程往往是漫长和复杂的。

2、现有的仿真三维现场巡检培训可使专业人员在工业实操前提升专业以及应急技能，有效避免各类工业安全事故。但该方式存在诸多不足，例如培训成本高、培训效率低、风险大、效果差。真实体验感差，单人操作，互动性不强。此外，仿真三维现场巡检每次进行培训时，培训内容都是固定的，培训次数多容易枯燥。

3、vr技术在各种工业场景的应用潜力与价值巨大。理论上利用建设的虚拟场景可使人员更真实地进行培训及巡检。中国专利cn114092618a公开了一种电力虚拟现实巡检系统，至少包括供使用者佩戴的虚拟现实头盔和虚拟现实手柄，所述虚拟现实头盔、虚拟现实手柄与一虚拟现实处理装置相通信，所述虚拟现实处理装置包括获取模块、构建模块以及传输模块；所述获取模块用于获取并记录使用者的相关信息；所述构建模块用于调用或构建三维虚拟教学场景；所述传输模块用于实现所述虚拟现实处理装置与虚拟现实头盔、虚拟现实手柄之间的数据传输，将三维虚拟教学场景数据传输给所述虚拟现实头盔、所述虚拟现实手柄；并收集来自所述虚拟现实头盔、所述虚拟现实手柄的数据。通过虚拟现实技术实现电力巡检的三维虚拟教学场景，使巡检人员可以快速达到巡检、体验、学习的最佳效果。然而，该巡检系统仅仅利用虚拟现实技术实现电力巡检的三维虚拟教学场景，其仍然无法解决虚拟场景内的培训内容固定的问题，巡检人员每一次进入培训，培训前期都在处理相同的项目内容，从而产生枯燥等抵触情绪，导致培训质量差。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种基于vr的多人虚拟现场巡检培训系统及培训方法，旨在解决现有的vr技术无法解决培训内容固定的问题，巡检人员在多次培训后容易产生枯燥等抗拒情绪，导致培训质量差的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种基于vr的多人虚拟现场巡检培训系统，包括：

3、虚拟现实头显设备；

4、虚拟现实手柄；

5、后台管理装置，所述虚拟现实头显设备、所述虚拟现实手柄均通过电脑终端与所述后台管理装置通信连接；

6、其中，所述后台管理装置包括采集模块、处理模块、通信模块、随机模块；

7、所述采集模块用于接收用户在使用所述虚拟现实头显设备、所述虚拟现实手柄时触发的操作指令，并且将所述操作指令转换成操作数据；

8、所述处理模块用于构建三维虚拟教学场景以及构建生成于所述三维虚拟教学场景内的巡检模型；

9、所述通信模块用于将所述三维虚拟教学场景以及巡检模型的数据通过电脑终端传输至所述虚拟现实头显设备；所述通信模块还用于实时获取所述采集模块的操作数据且将所述操作数据传输至所述处理模块，以使所述三维虚拟教学场景以及所述巡检模型变化；

10、所述随机模块用于根据用户进入的三维虚拟教学场景以及所选择的巡检任务，将三维虚拟教学场景划分多个巡检区，其中每一巡检区内巡检模型的种类、巡检模型的数量、巡检模型的位置随机化生成，用户按照所述巡检区与自身的距离，由近到远依次进行巡检检查。

11、作为本发明的进一步改进：所述随机模块还用于当用户非首次进入所述三维虚拟教学场景时，根据用户进入三维虚拟教学场景的次数以及根据用户历史完成巡检模型的评分，将评分较低的巡检模型设置于靠近用户初始位置的巡检区内，将评分较高的巡检模型设置于远离用户初始位置的巡检区内，且每一所述巡检区内巡检模型的位置随机化生成。

12、作为本发明的进一步改进：所述随机模块还用于建立第一巡检区、第二巡检区、...、第n巡检区，并且将各所述巡检区以距离用户初始位置从近到远依次排序；

13、赋予所述第一巡检区、所述第二巡检区、...、所述第n巡检区不同的区间分值，且所述第一巡检区的区间分值、所述第二巡检区的区间分值、所述第n巡检区的区间分值依次升高；

14、根据用户最近一次完成巡检模型的评分，将该巡检模型分配至相应的区间分值的巡检区，并且当用户每次进入三维虚拟教学场景时，随机更新每一所述巡检区的巡检模型的数量以及位置。

15、作为本发明的进一步改进：所述三维虚拟教学场景包括电力巡检教学场景、石化勘探巡检教学场景、设备制造巡检教学场景、建筑巡检教学场景。

16、作为本发明的进一步改进：所述巡检培训系统还包括多个虚拟现实头显设备与多个虚拟现实手柄，每一所述虚拟现实头显设备与每一所述虚拟现实手柄均可通过电脑终端与所述后台管理装置通信连接；

17、所述巡检培训系统还包括监控终端、管理终端，所述监控终端用于获取参与培训的用户历史培训数据以及监控正在参与培训的用户的活动，所述管理终端用于管理用户数据。

18、作为本发明的进一步改进：所述虚拟现实头显设备、所述虚拟现实手柄内部均设置有位置测距装置，所述位置测距装置通过所述通信模块与所述处理模块连接，所述位置测距装置用于检测所述虚拟现实头显设备以及所述虚拟现实手柄距离电脑终端的距离；

19、所述处理模块还用于在构建三维虚拟教学场景时，实时获取所述位置测距装置在物理空间中的空间位置及方向，利用位置逆映射算法实时计算用户在虚拟空间中相应的空间位置及方向，并进行画面调整。

20、作为本发明的进一步改进：所述虚拟现实头显设备、所述虚拟现实手柄还设置有检测装置，所述检测装置通过所述通信模块与处理模块连接，所述检测装置用于对室内环形进行拍摄以及扫描，并将拍摄或扫描获得的数据传输给所述处理模块；所述处理模块还用于结合所述拍摄以及扫描获得的数据建立三维模型，并抽取其二维平面图，并为该二维平面图建立voronoi图，根据建立的voronoi图，结合三维虚拟教学场景建立骨架路径，获取实时追踪的用户沿实际行走路径行走过程中的在物理空间中的空间位置及方向，利用位置逆映射算法实时计算用户在虚拟空间中相应的空间位置及方向进行画面调整。

21、本发明提出一种基于vr的多人虚拟现场巡检培训方法，包括如下步骤：

22、用户佩戴虚拟现实头显设备、虚拟现实手柄；

23、后台管理装置根据用户进入三维虚拟教学场景的次数以及根据用户历史完成巡检模型的评分，加载相应的三维虚拟教学场景以及巡检模型，通过通信模块将所述三维虚拟教学场景以及巡检模型的数据传输至所述虚拟现实头显设备；

24、当用户进入三维虚拟教学场景，根据用户进入的三维虚拟教学场景以及所选择的巡检任务，将三维虚拟教学场景划分多个巡检区，其中每一巡检区内巡检模型的种类、巡检模型的数量、巡检模型的位置随机化生成；

25、通过虚拟现实头显设备观察三维虚拟教学场景，并通过虚拟现实手柄对所述巡检模型进行培训操作；

26、根据用户的培训操作，实时更新巡检模型的状态、巡检模型的数据显示，并且通过网络发送给其它多位同步联机且同时培训的用户；

27、将用户完成巡检模型的事件生成用户历史培训数据，通过网络将所述用户历史培训数据存储于服务器内。

28、作为本发明的进一步改进：还包括如下步骤：

29、还包括如下步骤：

30、当用户非首次进入所述三维虚拟教学场景时，根据用户进入三维虚拟教学场景的次数以及根据用户历史完成巡检模型的评分，将评分较低的巡检模型设置于靠近用户初始位置的巡检区内，将评分较高的巡检模型设置于远离用户初始位置的巡检区内，且每一所述巡检区内巡检模型的位置随机化生成。

31、作为本发明的进一步改进：还包括如下步骤：

32、建立第一巡检区、第二巡检区、...、第n巡检区，并且将各所述巡检区以距离用户初始位置从近到远依次排序；

33、赋予所述第一巡检区、所述第二巡检区、...、所述第n巡检区区间分值，且所述第一巡检区的区间分值、所述第二巡检区的区间分值、所述第n巡检区的区间分值依次升高；

34、当用户下一次进入三维虚拟教学场景时，根据用户最近一次完成巡检模型的评分，将该巡检模型分配至相应的区间分值的巡检区，并且随机更新每一所述巡检区的巡检模型的数量以及位置；

35、用户完成所述巡检模型后，记录并更新所述巡检模型的评分。

36、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

37、本发明通过后台管理装置的处理模块可构建模拟电力巡检教学场景、石化勘探巡检教学场景、设备制造巡检教学场景、建筑巡检教学场景；并通过多个虚拟现实头显设备与多个虚拟现实手柄，可实现多人同时参与巡检培训，多人协同控制，增强用户之间的交流和协作，从而提高人员的巡检专业技能、应急处理能力和安全意识，降低培训成本和风险；

38、此外，在三维虚拟教学场景内，通过随机模块根据用户进入的三维虚拟教学场景以及所选择的巡检任务，将三维虚拟教学场景划分多个巡检区，其中每一巡检区内巡检模型的种类、巡检模型的数量、巡检模型的位置随机化生成，用户按照所述巡检区与自身的距离，由近到远依次进行巡检检查，巡检内容多变性，可避免用户每一次登录需处理相同的巡检模型继而产生消极情绪。