1.本发明属于安全体验技术领域，尤其涉及一种基于混合现实技术的虚拟灭火体验系统。


背景技术：

2.火灾刚发生时，火势一般并不很大，只要掌握正确的灭火方法，就能把火扑灭在初起阶段，避免酿成大祸。所以掌握一些基本的消防知识和技能是很有必要的。因此加强消防安全技能培训，使人们在发现火灾的第一时间就能正确地选择自救和灭火的方式，可以有效减轻火灾事故带来的不利影响。从目前的消防安全培训现状可以看出，培训人员基数大，涉及培训的职业类型较多，培训任务繁重，基本上还是采用传统的安全培训方式。
3.传统基于教材和ppt演示文档的消防灭火培训大多是课堂讲解的形式，然后再进行考试检验学习的掌握程度。这种方式大多存在于表面形式，缺乏实际运用方面的锻炼，而操作实践是检验人员是否掌握消防灭火安全技能的最佳手段。这种传统的电力安全培训手段不能完全呈现出火灾发生时的紧急情况，不利于学员理解掌握危害状态和处理方法，对学员的培训效果有限，已无法完全满足新形势下安全生产的实际需要。
4.使用真实的灭火器进行消防培训，需要预先准备空旷的场地搭建火源，当培训人员比较多时需要使用一定数量的灭火器，这种培训方式除了受场地时间限制外，因灭火器不能重复使用的问题还会造成资源浪费。另外还需要专业的培训师在现场指导，且需配合耗费人力、物力的多个课时的实物实践课程，经常受到场地和时间的限制，训练规模也因此受到多种外在因素的制约，并且可能存在危险性。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，有必要提供一种基于混合现实技术的虚拟灭火体验系统。
6.本发明提出一种基于混合现实技术的虚拟灭火体验系统，包括环境感知装置、仿真灭火器、追踪器、vr眼镜和控制主机；所述环境感知装置，安装于体验区域，用于输出一定温度的暖风，以模拟火灾现场的高温环境；所述仿真灭火器，内置有多个状态检测模块，所述状态检测模块用于在所述仿真灭火器被操作时向所述控制主机发送所述仿真灭火器的状态数据；所述追踪器，采用vive平台追踪器，用于绑定所述仿真灭火器和实训人员双手，在进行消防灭火实训时，感应所述仿真灭火器和实训人员双手的实时操作行为，并发送至所述控制主机；所述vr眼镜，采用vive平台，与所述控制主机通信连接，用于登入虚拟现实火灾场景；所述控制主机，作为图形工作站将虚拟现实火灾场景呈现到所述vr眼镜里；作为信息中转站将所述仿真灭火器传送的状态数据，在虚拟现实火灾场景内实时表现出来；用于根据所述仿真灭火器的操作行为，变化所述vr眼镜里的虚拟现实火灾场景。
7.基于上述，所述仿真灭火器包括灭火器壳体、上把手、下把手、喷管、主控板、无线充电装置、自动上电开关和无线通信模块；所述喷管与所述灭火器壳体密封连通，所述上把手和所述下把手之间设置有保险销；绑定在所述仿真灭火器上的追踪器通过固定螺栓固定
在所述上把手上；所述状态检测模块包括保险销检测模块和把手按压检测模块；所述保险销检测模块，与所述主控板相连，用于检测所述仿真灭火器上的保险销是否拔掉；所述把手按压检测模块，与所述主控板相连，用于检测所述仿真灭火器的上把手是否按压到位；所述主控板与所述无线通信模块相连，以向所述控制主机发送所述保险销检测模块和所述把手按压检测模块的检测结果；所述无线充电装置包括用于为所述仿真灭火器提供电源的充电锂电池，与所述充电锂电池连接，用于为所述充电锂电池进行无线充电的无线充电线圈；所述无线充电线圈设置在所述灭火器壳体的底部；所述自动上电开关，采用限位开关，设置在所述灭火器壳体的底部，与所述充电锂电池连接，当所述仿真灭火器被提起，使限位开关处于第一限位位置时，所述无线充电线圈与灭火器充电底座断开，所述充电锂电池闭合与所述仿真灭火器的供电连接；当所述仿真灭火器被放置于灭火器充电底座上，使限位开关处于第二限位位置时，所述无线充电线圈与灭火器充电底座充电连接，所述充电锂电池断开与所述仿真灭火器的供电连接。
8.基于上述，所述保险销检测模块采用接近传感器，所述接近传感器通过隔离模块与所述主控板相连。
9.基于上述，所述接近传感器安装在灭火器的下把手上。
10.基于上述，所述把手按压检测模块采用微动开关，所述微动开关通过隔离模块与所述主控板相连。
11.基于上述，所述把手按压检测模块还包括按压传动杆、弹簧和微动开关压板；所述微动开关的上方依次固设有导向板和弹簧限位板； 所述按压传动杆的一端与所述上把手相连，所述按压传动杆的另一端依次贯穿所述弹簧限位板和所述导向板后固接所述微动开关压板，所述微动开关压板设置在所述微动开关的上方；所述弹簧套设在所述按压传动杆上，所述弹簧的一端与所述按压传动杆固定连接，所述弹簧的另一端通过所述弹簧限位板限位。
12.基于上述，所述提起检测模块采用限位开关，所述限位开关通过隔离模块与所述主控板相连。
13.基于上述，所述灭火器充电底座上设置有多个用于放置所述仿真灭火器的安放仓，每个安放仓内设置有智能无线充电板，用于实现对所述仿真灭火器的充电锂电池的无线充电。
14.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说：体验者通过本发明提供的基于混合现实技术的虚拟灭火体验系统，可以感受火灾发生当时的环境氛围，然后进行灭火器使用方法、灭火流程的实训，帮助体验者掌握火灾发生时的应急措施，达到很好的培训效果。本发明系统的体验方式不受空间时间的限制，且没有消耗品，可重复使用，解决了消防培训现场布置困难，使用真实灭火器培训不能够重复利用的问题。
15.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
16.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的系统原理框图。
17.图2为本发明仿真灭火器的结构示意图。
18.图3为本发明灭火器充电底座的结构示意图。
19.图中：1、追踪器；2、固定螺栓；3、按压传动杆；4、接近传感器；5、按压传动杆固定结构；6、弹簧；7、微动开关；8、充电锂电池；9、无线通信模块；10、限位开关；11、无线充电线圈；12、底板；13、灭火器壳体；14、上把手；15、下把手；16、灭火器充电底座；17、安放仓。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.如图1
‑
3所示，本实施例提供一种基于混合现实技术的虚拟灭火体验系统，包括环境感知装置、仿真灭火器、追踪器、vr眼镜和控制主机。
22.所述环境感知装置，安装于体验区域，用于输出一定温度的暖风；主要模拟火灾现场的高温环境，烘托当时的紧急氛围，当火灾被扑灭成功后，温度也随之降低，给予真实的体验反馈。
23.所述仿真灭火器，内置有多个状态检测模块，所述状态检测模块用于在所述仿真灭火器被操作时向所述控制主机发送所述仿真灭火器的状态数据。
24.具体的，所述仿真灭火器包括灭火器壳体13、上把手14、下把手15、喷管、主控板、红外发射装置、自动上电开关、无线充电装置和无线通信模块；所述喷管与所述灭火器壳体13密封连通，所述上把手14和所述下把手14之间设置有保险销；绑定在所述仿真灭火器上的追踪器1通过固定螺栓2固定在所述上把手14上。
25.所述状态检测模块包括保险销检测模块和把手按压检测模块；所述保险销检测模块，与所述主控板相连，用于检测所述仿真灭火器上的保险销是否拔掉；具体的，所述保险销检测模块采用接近传感器4，所述接近传感器通过隔离模块与所述主控板相连；所述接近传感器安装在灭火器的下把手15上；所述把手按压检测模块，与所述主控板相连，用于检测所述仿真灭火器的上把手是否按压到位；所述把手按压检测模块采用微动开关7，所述微动开关7通过隔离模块与所述主控板相连；所述把手按压检测模块还包括设置在按压传动杆固定结构5上的按压传动杆3、弹簧6和微动开关压板；所述微动开关7的上方依次固设有导向板和弹簧限位板； 所述按压传动杆3的一端与所述上把手14相连，所述按压传动杆3的另一端依次贯穿所述弹簧限位板和所述导向板后固接所述微动开关压板，所述微动开关压板设置在所述微动开关7的上方；所述弹簧6套设在所述按压传动杆3上，所述弹簧6的一端与所述按压传动杆3固定连接，所述弹簧6的另一端通过所述弹簧限位板限位；所述无线充电装置包括用于为所述仿真灭火器提供电源的充电锂电池8，与所述充电锂电池8连接，用于为所述充电锂电池8进行无线充电的无线充电线圈11；所述无线充电线圈11设置在所述灭火器壳体13底部的底板12上；所述自动上电开关，采用限位开关10，设置在所述灭火器壳体13的底部，与所述充电锂电池8连接，当所述仿真灭火器被提起，使限位开关10处于第一限位位置时，所述无线
充电线圈11与灭火器充电底座16断开，所述充电锂电池8闭合与所述仿真灭火器的供电连接；当所述仿真灭火器被放置于灭火器充电底座16上，使限位开关10处于第二限位位置时，所述无线充电线圈11与灭火器充电底座16充电连接，所述充电锂电池8断开与所述仿真灭火器的供电连接；特别的，所述灭火器充电底座16上设置有多个用于放置所述仿真灭火器的安放仓17，每个安放仓内设置有智能无线充电板，用于实现对所述仿真灭火器的充电锂电池的无线充电。
26.所述追踪器，采用vive平台追踪器，用于绑定所述仿真灭火器和实训人员双手，在进行消防灭火实训时，感应所述仿真灭火器和实训人员双手的实时操作行为，并发送至所述控制主机。
27.所述vr眼镜，采用vive平台，与所述控制主机通信连接，用于登入虚拟现实火灾场景；所述虚拟现实火灾场景，主要采集作业现场内容，由三维建模软件制作模型，再将各个模型组合高度还原真实的火灾现场环境，让体验者可以身临其境。
28.所述控制主机，作为图形工作站将虚拟现实火灾场景呈现到所述vr眼镜里；作为信息中转站将所述仿真灭火器传送的状态数据，在虚拟现实火灾场景内实时表现出来；用于根据所述仿真灭火器的操作行为，变化所述vr眼镜里的虚拟现实火灾场景。
29.仿真灭火器的状态检测当保险销处于初始状态时，接近传感器处于静默状态；当拔掉保险销时，接近传感器输出信号，该信号经过判定后通过无线通信模块传送给控制主机，控制主机再将保险销状态反馈到虚拟现实火灾场景内。当上把手处于初始状态时，微动开关7处于静默状态；当进行按压操作时，按压传动杆3向下运动，微动开关7输出信号，该信号经过判定后通过无线通信模块传送给控制主机，控制主机再将把手状态反馈到虚拟现实火灾场景内。
30.仿真灭火器在虚拟现实火灾场景中的定位通过固定螺栓将追踪器绑定于仿真灭火器喷嘴处，追踪器经定位装置连接控制主机后，会在虚拟现实火灾场景内显示出仿真灭火器的位置，然后拿起仿真灭火器调用软件内仿真灭火器的坐标参数设置界面，调节坐标值使仿真灭火器与虚拟现实火灾场景内的灭火器模型可以高度重合，即完成仿真灭火器在虚拟现实场景中的定位，当有操作行为时，场景内模型的坐标也会根据位置状态实时变化。
31.仿真灭火器与虚拟场景的交互通过绑定追踪器定位仿真灭火器和实训人员双手的坐标位置，当实训人员将手部接触到到仿真灭火器时，虚拟现实场景内手部模型也会与仿真灭火器模型有模型碰撞，即可正常拿起仿真灭火器。控制主机将虚拟现实火灾场景呈现到vr眼镜里，作为信息中转站将仿真灭火器传送的保险销的拔出状态和灭火器把手的按压状态等数据，在虚拟现实场景内模型上实时表现出来，再根据人员的操作行为和仿真灭火器的动作范围等，场景进行实时有效的变化，从而实现灭火体验过程各个环节的有效联动，达到仿真灭火器与虚拟场景实时同步的目的。
32.本发明的使用方法：控制主机运行软件，在vr眼镜内呈现作业现场虚拟现实火灾场景，触发环境感知装置输出暖风，让火灾体验场景的环境感知更加真实，给人以身临其境的感觉；将追踪器绑
定于仿真灭火器和实训人员双手腕部，虚拟现实火灾场景内会显示出双手的位置和仿真灭火器的位置，当实训人员的操作行为有变化时，对应的模型的坐标也会实时变化；拿起仿真灭火器后，仿真灭火器自动上电，会通过无线通信模块间隔向控制主机主动传送当前的状态信息；场景内提示灭火操作流程，将仿真灭火器保险销拔出，按压仿真灭火器把手，仿真灭火器会通过无线通信模块将保险销的拔出状态和仿真灭火器把手的按压状态等数据传送到场景内实时表现出来；场景内仿真灭火器根据把手按压的状态变化，喷出介质，将喷头对准起火源根部，直到火源熄灭，当火灾被扑灭成功后，环境感知装置停止工作，温度也随之降低，给予真实的体验反馈；根据体验者的操作行为，火灾场景会进行合理的渲染和变化，从而实现灭火体验过程各个环节的有效联动，给予比较真实的消防灭火体验。
33.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。