1) 科学研究、实验及计算机模拟结果的真实化再现
安全科学的研究成果需要用直观的形式表示出来,使用VR技术与多媒体及可视化技术相结合,可以创造一种虚拟的真实环境,可以将孤单的研究公式、计算数值用完全真实的立体效果表示出来,并且人们可以交互式地控制这种表示结果,可以通过动态改变参数(这种改变不一定要由人输入数据,而可以由人操纵某种VR设备,如数据手套等进行近乎自然的交互方式)来观察计算结果。
2) 安全性能设计
任何社会产品(也包括安全产品)都应该有其自身的安全性。而人们在产品未生产出前,是无法真实感受其安全性的,而VR技术可以预先为其提供一种虚拟的真实产品模型,让设计者和使用者在产品付诸生产之前就能亲身感受到该产品的安全性能,从而为设计者提供改进的依据。
3) 救灾指挥决策
发生事故时,救灾指挥者一方面需要准确掌握事故现场的情况,另一方面要了解事故可能的发展趋势,甚至有时需要进行远程指挥(如主要事故处理专家一时无法到达事故现场),这时可以应用VR技术与其它模拟技术相结合的方式来完成。此外,还可以利用VR技术来模拟未发生的事故,进行对人员的训练工作。
4) 日常安全教育与避灾训练
可以针对某些事故及一定区域建造事故模拟和训练的VR系统,让人们在真实的环境中接受事故预防的教育及事故抢险人员的操作训练,从而提高人们对事故的感知度及抢险人员的技术操作水平和战斗力。
3 安全工程虚拟现实系统结构
由于安全工程涉及范围广泛,所以对不同领域的安全工程VR系统的侧重面就可能有所不同。本文以大空间建筑火灾VR系统为例进行介绍。
中国科学技术大学和中国矿业大学合作,针对大空间建筑火灾的特点,建立了大空间建筑火灾VR系统。这是国内目前安全领域所建立的唯一VR系统。建筑火灾的VR系统主要有两个方面,一是要考虑建筑物本身的结构模型的真实性;二是火灾模拟的真实性。本文论述的大空间建筑火灾VR系统结构主要包括两个模型、两个接口及一套外围设备,即:
1) 建筑物真实感三维立体模型系统;
2) 火灾烟气及火焰模型系统;
3) 三维模型运动及控制接口;
4) 外围设备与两个模型的接口;
5) 虚拟现实外围设备系统;
各部分关系,如图2所示:
图2 大空间公用建筑火灾虚拟现实系统结构
使用者通过外围设备系统经由主计算机系统使用外围设备,例如:计算机鼠标、数据手套等操作设备,通过三维模型运动控制接口程序控制建筑物及火灾的运动。建筑物模型及火灾模型本身由专用三维处理程序建立,具有真实三维立体感。经过控制运动的两个模型,通过外围设备与模型接口程序,将结果显示输出到外围设备,例如:计算机显示器、立体眼睛等。操作者可以根据这一循环的结果,决定下一个循环的操作过程。从而经过不停地循环,达到真实模拟和实时控制的操作环境。
用户可以使用鼠标,控制人员在建筑物中漫游,例如:按动鼠标左键,然后移动鼠标可以沿各个方向运动;按动鼠标右键,左右移动鼠标,可以实现建筑物的左右旋转;用上下光标键,可以上下移动建筑物。用户也可以使用数据手套拾取灭火器并对其进行开启操作,以实现灭火的操作;可以用大拇指按动模拟人对灭火器开关的操作,从而使人感觉到似乎是在真实地操作灭火器。而用户若通过立体眼睛观察时,所得到的三维模型为具有极强的深度感的三维物体,即两个有前后距离的物体,看起来其间有一段真实的距离,前边的物体似乎是在计算机屏幕外边。
4 系统软件支撑环境和硬件设备的选择
系统软件支撑环境选择是建立真实感模型及控制的关键。选择时,要考虑程序的使用范围。硬件设备的选择应根据经济条件来决定。