CN107516448A - 一种公共安全虚拟仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及虚拟仿真技术领域，公开了一种公共安全虚拟仿真平台，该公共安全虚拟仿真平台包括：虚拟环境构建模块，用于通过三维建模技术构建治安管理的虚拟训练环境模型；以及虚拟现实仿真引擎模块，用于通过虚拟现实三维仿真引擎开发针对所述虚拟训练环境模型的若干个治安管理实训模块，并接收和处理用户通过交互设备输入的信息以实现对各治安管理实训模块的操作。本发明的公共安全虚拟仿真平台把虚拟仿真技术引入到了针对治安管理的公共安全实践性训练中，促进了治安学专业课程资源、教学设计、影响因素等方面的创新。

Description

一种公共安全虚拟仿真平台

技术领域

本发明涉及虚拟仿真技术领域，具体地，涉及一种公共安全虚拟仿真平台。

背景技术

应用型人才是公安院校人才培养工作的目标，而实践能力是人才培养工作的重要内容，治安课程是建立在治安专业理论基础上的应用性课程，具有较强的实践性，但是治安专业在实践能力训练中却大量存在实战训练中的高度危险性以及不可及、不可逆的训练环境条件和内容(比如群体性事件处置、事故现场处置和暴力犯罪的处置、巡逻盘查等)。

发明内容

本发明的目的是提供一种公共安全虚拟仿真平台，用于通过虚拟现实技术实现公共安全虚拟仿真，以解决治安专业实践训练困难的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种公共安全虚拟仿真平台，该公共安全虚拟仿真平台包括：虚拟环境构建模块，用于通过三维建模技术构建治安管理的虚拟训练环境模型；以及虚拟现实仿真引擎模块，用于通过虚拟现实三维仿真引擎开发针对所述虚拟训练环境模型的若干个治安管理实训模块，并接收和处理用户通过交互设备输入的信息以实现对各治安管理实训模块的操作。

优选地，所述虚拟环境构建模块包括：环境设计模块，用于进行治安管理的虚拟训练环境的仿真设计，获得设计虚拟训练环境的虚拟仿真数据；环境模型化模块，用于通过三维建模技术将所述虚拟仿真数据转变成计算机认知的虚拟训练环境模型；以及特征数据导入模块，用于导入所述虚拟训练环境模型中的物体的特征数据。

优选地，所述特征数据包括所述虚拟训练环境模型中的物体的坐标和特征编码。

优选地，所述若干个治安管理实训模块包括：接处警教学实训模块，用于模拟接处警工作的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程；公共安全危机管理教学实训模块，用于模拟公共安全危机处置的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程；以及消防仿真演练教学实训模块，用于模拟消防仿真应急演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。

优选地，所述接处警教学实训模块包括接警教学实训子模块、处警教学实训子模块、现场控制教学实训子模块和现场制止违法行为教学实训子模块中的任意一者或多者。

优选地，所述公共安全危机管理教学实训模块包括群体性危机事件处置教学训练子模块、恐怖袭击危机事件处置教学实训子模块和公共事故灾难危机事件处置教学实训子模块中的任意一者或多者。

优选地，所述消防仿真演练教学实训模块包括消防监督检查教学实训子模块、消防考核教学实训子模块、消防应急处置演练教学实训子模块、消防装备与灭火模拟演练实训子模块以及逃生演练教学实训子模块中的任意一者或多者。

优选地，所述交互设备包括计算机输入设备、数据手套、跟踪器、三维探针、头盔式显示器以及操作杆中的任意一者或多者。

优选地，该公共安全虚拟仿真平台还包括：GIS模块，用于提供虚拟训练环境模型中各物体对应的地理信息。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的公共安全虚拟仿真平台把虚拟仿真技术引入到了针对治安管理的公共安全实践性训练中，促进了治安学专业课程资源、教学设计、影响因素等方面的创新。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例的公共安全虚拟仿真平台的结构示意图；

图2是本发明实施例的虚拟环境构建模块的结构示意图；

图3是本发明实施例的治安管理实训模块的结构示意图。

附图标记说明

1 虚拟环境构建模块 2 虚拟现实仿真引擎模块

3 治安管理实训模块 4 GIS模块

11 环境设计模块 12 环境模型化模块

13 特征数据导入模块 31 接处警教学实训模块

32 公共安全危机管理教学实训模块

33 消防仿真演练教学实训模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明实施例的发明思路是将虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又称灵境)技术与治安管理实践训练相结合，以提出一种公共安全虚拟仿真平台。

本实施例中虚拟现实是指通过以计算机技术为核心的现代高科技技术生成融视觉、听觉、触觉等多位一体的虚拟环境，使用者利用交互设备以现实的方式与虚拟环境中的对象进行自然交互，从而让使用者会形成亲临真实环境的体验。其中，虚拟环境是指利用计算机建构的有逼真色彩的立体几何图像，它既可以是某特定的真实环境，也可以是能够满足使用者需求的虚构虚拟环境。交互设备包括计算机输入设备、数据手套、跟踪器、三维探针、头盔式显示器以及操作杆中的任意一者或多者。自然交互是指用现实活动方式对虚拟环境内的对象进行互动并得到实时反馈，如使用者运动等。

虚拟现实具有以下三个特点：

一是沉浸性。虚拟仿真技术的沉浸性是其在训练领域的应用技术最突出的特点，运用该技术使受训者能全身心进入到建构的虚拟环境中，调动其感觉器官达到同真实环境相似或相同的逼真程度，成为知识掌握、能力训练直接体验化的工具。这种逼真体验不是获得的间接经验，而是受训者在逼真模拟情境中通过自身的体验获得的直接经验，因此，利用虚拟仿真技术使受训者获得的知识和能力效果最好的。

二是交互性。交互性是虚拟现实技术不同于其它媒体技术的重要特征，体现虚拟现实技术创设的是一个开放的互动性人机环境，利用先进的人机接口，通过多样受训者感觉通道的实时模拟交互，当使用者做出如手控、语言命令等相应的操作时，创设的情景里能具有相应的回应。因此,交互性是指使用者对创设的情景的可操作度和从情景里获得到回应的实时性。

三是构想性。构想性反映了虚拟现实技术运用具有无限宽广的想象范围，可拓展人的认知广度与深度，可任意构想现实不存在或是发生可能性小的情景。

因此，通过虚拟仿真技术的沉浸感、交互性、构想性三属性，将虚拟仿真技术运用在治安管理实践训练中，可以提高受训者的综合能力培养效率。

如图1所示，本发明实施例的公共安全虚拟仿真平台包括：虚拟环境构建模块1，用于通过三维建模技术构建治安管理的虚拟训练环境模型；以及虚拟现实仿真引擎模块2，用于通过虚拟现实三维仿真引擎开发针对所述虚拟训练环境模型的若干个治安管理实训模块3，并接收和处理用户通过交互设备输入的信息以实现对各治安管理实训模块的操作。

进一步地，在本发明的优选实施例中，该公共安全虚拟仿真平台还包括：GIS模块4，用于提供虚拟训练环境模型中各物体对应的地理信息。如此，将虚拟现实也GIS技术有效结合，有助于使虚拟训练环境更加接近于真实环境。

进一步地，如图2所示，所述虚拟环境构建模块1包括：环境设计模块11，用于进行治安管理的虚拟训练环境的仿真设计，获得设计虚拟训练环境的虚拟仿真数据；环境模型化模块12，用于通过三维建模技术将所述虚拟仿真数据转变成计算机认知的虚拟训练环境模型；以及特征数据导入模块13，用于导入所述虚拟训练环境模型中的物体的特征数据。

上述环境设计模块11、环境模型化模块12和特征数据导入模块13反映了构建治安管理的虚拟训练环境的三个环节，下面具体介绍。

一、环境设计

通过虚拟现实技术实现环境逼真模拟，首先要进行治安管理及相关问题处理的环境设计，即将治安管理及相关问题处理环境进行数据处理。其中，把环境建构处理成符合治安管理及相关问题处理模拟训练要求的设计过程，就是治安管理环境的仿真设计。为了能够真实模拟治安管理及相关问题处理过程，就需要经过设计使用和验证过程，以保证模拟效果和质量。

环境设计过程中涉及大量的数据处理，现有的虚拟现实技术已具有快计算、大储存能力、强处理能力属性，其涉及的计算处理主要包括数据转换与预处理、实时仿真图像生成与显示、声音合成、多维信息数据融合、转换、压缩以及数据库的生成、模式识别以及信息检测、合成和识别、分布式与并行计算等综合性计算技术。从而，通过现有的虚拟现实技术结合实践中的治安管理及相关问题处理的数据，可进行治安管理的虚拟训练环境的仿真设计，获得设计虚拟训练环境的虚拟仿真数据。

二、模型化

设计虚拟训练环境即是获得相应的虚拟训练环境模型，从而需要利用现有虚拟现实技术的数据处理和虚拟环境感知来将虚拟仿真数据转化为对应的虚拟训练环境模型，也就是将虚拟仿真数据转变为计算机认知虚拟环境模型。其中，虚拟环境感知是以运用虚拟环境影像、声音等内容呈现治安管理环境，训练者运用操作系统体验感觉管理环境，实现现场情况观察、态势走向把握以及决策辅助的目的，并评估和接受感知结果。

三、特征数据

建立治安管理的虚拟训练环境需要现实调研等方式获得特征数据，所述特征数据包括所述虚拟训练环境模型中的物体的坐标和特征编码，用于表现虚拟现实环境中的各物体，比如建筑、道路、广场等。对于虚拟三维环境设计，要根据标准数据生成街区等公共场所中的静态以及运动物体，然后覆盖纹理，生成虚拟场景。对于治安管理环境，可以用航拍照片和特征纹理获得特征数据，纹理可以通过扫描用数字相机拍摄场景照片和手工绘制图片生成，三维的虚拟训练环境模型建立完成后，可以进行特殊效果处理以展示相应物体的特征数据。

进一步地，如图3所示，所述若干个治安管理实训模块3包括：接处警教学实训模块31，用于模拟接处警工作的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程；公共安全危机管理教学实训模块32，用于模拟公共安全危机处置的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程；以及消防仿真演练教学实训模块33，用于模拟消防仿真应急演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。

其中，所述接处警教学实训模块31包括接警教学实训子模块、处警教学实训子模块、现场控制教学实训子模块和现场制止违法行为教学实训子模块中的任意一者或多者。

其中，所述公共安全危机管理教学实训模块32包括群体性危机事件处置教学训练子模块、恐怖袭击危机事件处置教学实训子模块和公共事故灾难危机事件处置教学实训子模块中的任意一者或多者。

其中，所述消防仿真演练教学实训模块33包括消防监督检查教学实训子模块、消防考核教学实训子模块、消防应急处置演练教学实训子模块、消防装备与灭火模拟演练实训子模块以及逃生演练教学实训子模块中的任意一者或多者。

下面以消防仿真演练教学实训模块33为例，具体说明其功能子模块在实践中的具体实施过程，其余教学实训模块的实施与此相似。

1)消防监督检查教学实训子模块

该消防监督检查教学实训子模块以三维立体显示为展示手段，人机交互为操作模式，示范演示消防监督检查从计划制定到检查完毕的后续处理结束的全过程，包含多个区域(如电影院、写字楼、超市、数码卖场、地下车库、地下仓库、学校的宿舍楼、图书馆、食堂、教学楼、餐厅、酒店、KTV、地下通道、居民小区、工厂等15种不同类型场所)。该消防监督检查教学实训子模块示范演示从到达被选定单位的大门外，一直到单位内部各环节检查完毕的具体细节，实现对消防重点场所概况、危险品情况、消防通道、消防设施建设、消防设施布局、消防责任、消防演练、消防设备状态、单位人口情况、自主消防能力等方面信息的可视化教学。

2)消防考核教学实训子模块

消防考核教学实训子模块用于实现在教师讲解结束后，教师对场景进行消防安全问题的设置，指导学生如何检查消防安全，找出违规问题所在并指正，还可以调整场景中的消防安全设备设施的状态。学员通过建立自己的虚拟角色随机进行系统场景模拟消防监督检查的全过程，并完成《消防监督检查记录》填写以及违规事项处置的全过程。其中，《消防监督检查记录》与考试系统相关联，系统可通过检查记录填写的情况对学生的检查作业进行评分。

3)消防应急处置演练教学实训子模块

该消防应急处置演练教学实训子模块以泸州本地某大型商场为场景模拟火灾现场演示如何灭火救援的流程，包括警力的分配、灭火力量的配置等处置方法。将登陆学生分组，并进行角色划分，包括应急指挥中心、现场指挥、救援小组、急救小组、通讯小组等进行讲授。

各小组根据职责分工，统一调度，协同完成事故的应急救援工作。通过讲解、演练，让学生明白灾害发生时，整个救援指挥的注意事项及各个小组的分工职责，为以后工作中制定救援方案提供经验和开拓思路。

4)消防装备与灭火模拟演练实训子模块

该消防装备与灭火模拟演练实训子模块以三维立体显示为展示手段，人机交互为操作模式，模拟展示包括各类消防设备器材(如轻便灭火器材、消防水带、消防水泵房、室内消火栓、室外消火栓等)的工作原理、适用范围、构成部分。部分重要设备，可进行虚拟的分解拆装。另外，还包括模拟各类器材的使用方法流程，以及具体灭火技术的操作要领、注意事项。

通过教学、演示，可以让学生了解、掌握常规实验室无法安装的大型器材或新型先进的昂贵器材，也可以拓宽学生的知识，提升学生的学习兴趣。

5)逃生演练教学实训子模块

该逃生演练教学实训子模块针对地震等灾害事故进行仿真模拟，事故场景须包含学生宿舍、食堂、图书馆、教学楼等疏散演练场景；可以第一人称和第三人称相互切换方式进行疏散人员模拟操作。该逃生演练教学实训子模块可以模拟逼真的灾害场景，培养学生合理运用所学知识进行火场自救逃生和疏散被困人员的能力，其逼真的场景一定程度上强化了灾难来临时学生的心理素质。

综上所述，本发明实施例的公共安全虚拟仿真平台，把虚拟仿真技术引入到了针对治安管理的公共安全实践性训练中，促进了治安学专业课程资源、教学设计、影响因素等方面的创新。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，该公共安全虚拟仿真平台包括：

虚拟环境构建模块，用于通过三维建模技术构建治安管理的虚拟训练环境模型；以及

虚拟现实仿真引擎模块，用于通过虚拟现实三维仿真引擎开发针对所述虚拟训练环境模型的若干个治安管理实训模块，并接收和处理用户通过交互设备输入的信息以实现对各治安管理实训模块的操作。

2.根据权利要求1所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述虚拟环境构建模块包括：

环境设计模块，用于进行治安管理的虚拟训练环境的仿真设计，获得设计虚拟训练环境的虚拟仿真数据；

环境模型化模块，用于通过三维建模技术将所述虚拟仿真数据转变成计算机认知的虚拟训练环境模型；以及

特征数据导入模块，用于导入所述虚拟训练环境模型中的物体的特征数据。

3.根据权利要求2所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述特征数据包括所述虚拟训练环境模型中的物体的坐标和特征编码。

4.根据权利要求1所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述若干个治安管理实训模块包括：

接处警教学实训模块，用于模拟接处警工作的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程；

公共安全危机管理教学实训模块，用于模拟公共安全危机处置的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程；以及

消防仿真演练教学实训模块，用于模拟消防仿真应急演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。

5.根据权利要求4所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述接处警教学实训模块包括接警教学实训子模块、处警教学实训子模块、现场控制教学实训子模块和现场制止违法行为教学实训子模块中的任意一者或多者。

6.根据权利要求4所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述公共安全危机管理教学实训模块包括群体性危机事件处置教学训练子模块、恐怖袭击危机事件处置教学实训子模块和公共事故灾难危机事件处置教学实训子模块中的任意一者或多者。

7.根据权利要求4所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述消防仿真演练教学实训模块包括消防监督检查教学实训子模块、消防考核教学实训子模块、消防应急处置演练教学实训子模块、消防装备与灭火模拟演练实训子模块以及逃生演练教学实训子模块中的任意一者或多者。

8.根据权利要求1所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，所述交互设备包括计算机输入设备、数据手套、跟踪器、三维探针、头盔式显示器以及操作杆中的任意一者或多者。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的公共安全虚拟仿真平台，其特征在于，该公共安全虚拟仿真平台还包括：

GIS模块，用于提供虚拟训练环境模型中各物体对应的地理信息。