舰船虚拟火灾训练系统虚拟漫游子系统shipvirtualfiretrainingsystemvirtualroaming
摘 要摘 要船舶火灾的安全对船舶的生存能力至关重要，对火灾发生和消防的计算、模拟与仿真一直都是船舶消防的一个热点，如何确保在火灾来临之时将损失降到最低，定期的进行应急推演是传统并且有效的一种防患措施，但是弊端也非常明显，投入成本高，每次推演都要投入大量的人力、物力。大量资源的投入意味着我们不可能进行频繁的应急推演。虚拟现实技术的运用为船舶火灾提供了一种全新的开展模式，为船舶火灾和消防的可视化搭建了一个有效平台。虚拟现实 (Virtual Reality,简称VR) 技术能够利用计算机对实体进行实时的模拟,为用户呈现出一个逼真的三维的虚拟世界。利用VR技术来实现船舶及舱室火灾的模拟, 可为船舶消防模拟的研发打下基础。本课题主要研究了基于VR技术的船舶及船舶舱室火灾处理的应用研究。本文概括性的介绍了虚拟现实技术的基本定义以及广泛的应用领域，并详细的叙述了虚拟现实技术在船舶灭火方面的运用。在之后的的章节中本文详细阐述了本系统的目的、意义、作用，分析了国内外在基于虚拟现实的消防技术领域的发展状况。 本课题舰船虚拟火灾训练系统的虚拟漫游子系统，主要要研究本系统的目标是针对基于虚拟环境下的虚拟漫游训练子系统，解决目前传统训练模式高消耗的弊端，利用UE4实现了对虚拟漫游场景的搭建，实现主、分控室与船体之间的场景转换，实现了对烟火的消防训练以及利用3D MAX对模型的多细节层次的调度，为了解决消防人员在火灾训练时如何在第一时间做出正确的反应，使训练变得更加规范化、科学化提供技术支持。关键词 VR技术 ；人机交互； UE4
目 录
第一章 绪论 1
1.1 系统研究目的和意义 1
1.2 虚拟现实的基本概念 2
1.3 国内外虚拟消防技术研究现状 2
1.4 论文研究内容 3
1.5 论文结构与内容安排 4
第二章 开发环境及相关技术介绍 5
2.1 漫游技术介绍 5
2.2 三维建模技术基本内容 5
2.2.1 几何建模 6
2.2.2 物理建模 6
2.2.3 运动建模 6
2.2.4 行为建模 7
2.3 系统开发工具简介 7
2.3.1 3D MA *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
X的介绍 7
2.3.2 UE4的介绍 8
第三章 系统需求分析 9
3.1 总系统功能分析 9
3.2 虚拟漫游子系统功能分析 9
3.3 系统顶层数据流图 9
3.4 系统细分数据流图 10
第四章 系统设计 11
4.1 总系统的功能结构 11
4.2 虚拟漫游系统的功能设计 12
4.3 基础模型设计 13
4.3.1 舰船建模 13
4.3.2 指挥室内建模 13
4.3.3 飞机建模 13
4.4 实时漫游设计 14
4.5 船体船舱场景调度 14
4.6 LOD技术概念 15
4.7 LOD模型的设计 15
4.7.1 LOD的生成方法 15
4.7.2 LOD的切换标准 16
4.7.3 LOD模型的实现方法 16
4.8 LOD模型生成算法概述 17
4.9 LOD使用对性能优化分析 18
4.9.1 系统LOD模型分析 18
4.9.2 LOD模型对性能的优化 20
4.10 基于四叉树的LOD算法详解 23
4.10.1 地形的绘制 23
4.10.2 四叉树的分层及LOD算法详解 24
4.10.3 LOD算法详解 24
第五章 虚拟漫游系统实现 28
5.1 系统的功能特点 28
5.2 利用UE4实现虚拟漫游 28
5.2.1 开发步骤 28
5.2.2 房间交互 29
5.2.3 LOD模型实现 30
5.2.4 灭火实现 31
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
绪论
系统研究目的和意义
在如今科学与技术的快速发展的时期，人们渐渐已经步入数字化，智能化的信息时代，如今我国的信息产业也在迅猛发展。特别是网络技术、可视化技术、多媒体技术及虚拟现实技术的不断进步与发展。其中作为计算机核心技术的虚拟现实技术的已经是数据化多维空间技术支撑平台的重要组成部分，并且是为构建数字虚拟环境的最重要的关键技术之一。社会生活中各个领域已经逐步应用了虚拟现实技术，例如室内设计、应急推演、产品的设计与性能评价、手术、校园参观、教育、高难度环境下的训练产等各个方面。
在科技不断发展今天，舰船的运用越来越广泛，相应着舰船的安全问题也越来越受到广泛的关注。火灾安全更是船舶安全的重中之重，船舶火灾安全对船舶生存能力至关重要，对其火灾和消防的计算机模拟与仿真也一直是船舶消防的一个热点。本文的主要研究对象就是消防人员在船舶火灾这种高难度和高度危险环境下进行训练，目的就在于利用虚拟现实技术模拟出消防人员在面对船舶火灾发生之时做出正确的应急措施，该系统也打破空间的限制，方便的组织各地人员进行推演，提高消防人员的灭火熟练程度，使消防人员可以在第一时间灭火，将人员和财务损失降到最低。
如何能够确保在火灾来临之际将损失降到最低，定期的执行应急推演是传统并且有效地一种防患方式。传统的火灾训练，存在的弊端相当明显，投入的成本太高，每一次的应急推演都需要投入大量的人力、物力，大量的投入就意味着我们不可能进行频繁性的应急推演。虚拟现实技术的应用为船舶火灾提供了一种全新的训练模式，将火灾现场模拟到虚拟场景中去。该毕业设计目的旨在对船舶火灾进行预防和抢救，构建一种全新的火灾救援教学模式，这些使消防人员能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流 。消防人员通过与虚拟环境的交互，感受周围的环境，提高了对未知因素的考虑，训练了消防人员遇到紧急突发事件的第一反应，以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息，对消防灭火具有重大意义。该系统的应用不仅提高实训效率，降低了投入成本，而且也可以随时随地进行模拟，方便各个消防机组织各地人员进行推演，消防人员不需要进行真正的火灾，便可身临其境去灭火，方便使用，安全可靠。
虚拟现实的基本概念
虚拟现实[1](Virtual Reality， 简称 VR），又叫做灵境，是由美国科学家J .Lanier在1989年首先提出的一种概念，它是一种集合了多种计算机技术发展起来的最新的，也是最近话题较多的计算机应用领域技术[2]。虚拟现实技术也是在最近几年里发展的异常迅速。虚拟现实技术是一种计算机生成并创建视、听、触觉一体化仿真系统，这种系统是一个可以将人物与物体进行交互行为并产生视觉反馈信息的仿真系统，显而易见，虚拟现实技术就是建立一个逼真的虚拟环境，使用户置身于该环境中。用户需要借助虚拟头盔、眼镜这些必要的设备去观察周围的环境，如果你想要可以和虚拟环境中的物体进行交互，就必须佩带手套，如果你穿上服装，你就可以感受到物体对你身上的影响，从而产生一种身临其境的感受和体会[3][4]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 系统研究目的和意义 1
1.2 虚拟现实的基本概念 2
1.3 国内外虚拟消防技术研究现状 2
1.4 论文研究内容 3
1.5 论文结构与内容安排 4
第二章 开发环境及相关技术介绍 5
2.1 漫游技术介绍 5
2.2 三维建模技术基本内容 5
2.2.1 几何建模 6
2.2.2 物理建模 6
2.2.3 运动建模 6
2.2.4 行为建模 7
2.3 系统开发工具简介 7
2.3.1 3D MA *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
X的介绍 7
2.3.2 UE4的介绍 8
第三章 系统需求分析 9
3.1 总系统功能分析 9
3.2 虚拟漫游子系统功能分析 9
3.3 系统顶层数据流图 9
3.4 系统细分数据流图 10
第四章 系统设计 11
4.1 总系统的功能结构 11
4.2 虚拟漫游系统的功能设计 12
4.3 基础模型设计 13
4.3.1 舰船建模 13
4.3.2 指挥室内建模 13
4.3.3 飞机建模 13
4.4 实时漫游设计 14
4.5 船体船舱场景调度 14
4.6 LOD技术概念 15
4.7 LOD模型的设计 15
4.7.1 LOD的生成方法 15
4.7.2 LOD的切换标准 16
4.7.3 LOD模型的实现方法 16
4.8 LOD模型生成算法概述 17
4.9 LOD使用对性能优化分析 18
4.9.1 系统LOD模型分析 18
4.9.2 LOD模型对性能的优化 20
4.10 基于四叉树的LOD算法详解 23
4.10.1 地形的绘制 23
4.10.2 四叉树的分层及LOD算法详解 24
4.10.3 LOD算法详解 24
第五章 虚拟漫游系统实现 28
5.1 系统的功能特点 28
5.2 利用UE4实现虚拟漫游 28
5.2.1 开发步骤 28
5.2.2 房间交互 29
5.2.3 LOD模型实现 30
5.2.4 灭火实现 31
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
绪论
系统研究目的和意义
在如今科学与技术的快速发展的时期，人们渐渐已经步入数字化，智能化的信息时代，如今我国的信息产业也在迅猛发展。特别是网络技术、可视化技术、多媒体技术及虚拟现实技术的不断进步与发展。其中作为计算机核心技术的虚拟现实技术的已经是数据化多维空间技术支撑平台的重要组成部分，并且是为构建数字虚拟环境的最重要的关键技术之一。社会生活中各个领域已经逐步应用了虚拟现实技术，例如室内设计、应急推演、产品的设计与性能评价、手术、校园参观、教育、高难度环境下的训练产等各个方面。
在科技不断发展今天，舰船的运用越来越广泛，相应着舰船的安全问题也越来越受到广泛的关注。火灾安全更是船舶安全的重中之重，船舶火灾安全对船舶生存能力至关重要，对其火灾和消防的计算机模拟与仿真也一直是船舶消防的一个热点。本文的主要研究对象就是消防人员在船舶火灾这种高难度和高度危险环境下进行训练，目的就在于利用虚拟现实技术模拟出消防人员在面对船舶火灾发生之时做出正确的应急措施，该系统也打破空间的限制，方便的组织各地人员进行推演，提高消防人员的灭火熟练程度，使消防人员可以在第一时间灭火，将人员和财务损失降到最低。
如何能够确保在火灾来临之际将损失降到最低，定期的执行应急推演是传统并且有效地一种防患方式。传统的火灾训练，存在的弊端相当明显，投入的成本太高，每一次的应急推演都需要投入大量的人力、物力，大量的投入就意味着我们不可能进行频繁性的应急推演。虚拟现实技术的应用为船舶火灾提供了一种全新的训练模式，将火灾现场模拟到虚拟场景中去。该毕业设计目的旨在对船舶火灾进行预防和抢救，构建一种全新的火灾救援教学模式，这些使消防人员能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流 。消防人员通过与虚拟环境的交互，感受周围的环境，提高了对未知因素的考虑，训练了消防人员遇到紧急突发事件的第一反应，以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息，对消防灭火具有重大意义。该系统的应用不仅提高实训效率，降低了投入成本，而且也可以随时随地进行模拟，方便各个消防机组织各地人员进行推演，消防人员不需要进行真正的火灾，便可身临其境去灭火，方便使用，安全可靠。
虚拟现实的基本概念
虚拟现实[1](Virtual Reality， 简称 VR），又叫做灵境，是由美国科学家J .Lanier在1989年首先提出的一种概念，它是一种集合了多种计算机技术发展起来的最新的，也是最近话题较多的计算机应用领域技术[2]。虚拟现实技术也是在最近几年里发展的异常迅速。虚拟现实技术是一种计算机生成并创建视、听、触觉一体化仿真系统，这种系统是一个可以将人物与物体进行交互行为并产生视觉反馈信息的仿真系统，显而易见，虚拟现实技术就是建立一个逼真的虚拟环境，使用户置身于该环境中。用户需要借助虚拟头盔、眼镜这些必要的设备去观察周围的环境，如果你想要可以和虚拟环境中的物体进行交互，就必须佩带手套，如果你穿上服装，你就可以感受到物体对你身上的影响，从而产生一种身临其境的感受和体会[3][4]。
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