地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫、連接數(shù)據(jù)庫的資源管理子系統(tǒng)、連接資源管理子系統(tǒng)的演練想定生成子系統(tǒng)、三維視景渲染子系統(tǒng)、建模與仿真子系統(tǒng)、演練記錄與回放子系統(tǒng)、虛擬演練評估子系統(tǒng)，以及連接三維視景渲染子系統(tǒng)的沉浸顯示與交互子系統(tǒng)和連接三維視景渲染子系統(tǒng)、沉浸顯示與交互子系統(tǒng)的多點音頻通訊子系統(tǒng)。本發(fā)明可直接應(yīng)用于地震救援的實戰(zhàn)模擬演練、應(yīng)急預(yù)案推演及公眾科普教育等活動，為應(yīng)急救援培訓(xùn)提供可靠的環(huán)境支撐，為地震救援相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)支撐；豐富的軟硬件擴展接口方便系統(tǒng)向其他應(yīng)急救援相關(guān)領(lǐng)域遷移、擴展；填補了國際地震應(yīng)急救援領(lǐng)域的一項空白。
【專利說明】地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿真系統(tǒng)，尤其涉及一種地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]地震作為小概率事件，大多數(shù)干部群眾沒有經(jīng)歷地震的切身體驗。由于受到各種環(huán)境因素的限制，我們也不可能采用實際模擬的方式，使每個人均能置身于地震災(zāi)害的真實環(huán)境中，有時真實感受地震災(zāi)害反而不安全，甚至是根本無法提供這種現(xiàn)實的環(huán)境。近年來旨在檢驗政府應(yīng)急處置程序和反應(yīng)能力的地震應(yīng)急演練工作已引起各級政府和有關(guān)部門的普遍重視，但這種實戰(zhàn)模擬演練涉及部門多、組織難度大、經(jīng)費需求高。不可能成為常態(tài)的演練方式。為此，一些部門采取“桌面演練”形式對預(yù)案和假定的應(yīng)急行動進行推演。這種“紙上談兵”的方式由于組織方便、經(jīng)濟實用、形式靈活，在一定范圍內(nèi)正在得到廣泛采用。但由于“桌面演練”無法提供相對真實的災(zāi)害場景和生動的應(yīng)急背景信息，真實性差，可信度較低。
[0003]由于地震破壞現(xiàn)場不規(guī)則的建構(gòu)筑物之間的相互堆疊、覆蓋、穿插與牽連，其結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，利用計算機模擬現(xiàn)實的先進技術(shù)，創(chuàng)造一種險象環(huán)生、接近真實的虛擬地震災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境，首先就是要決解計算機運算中的海量數(shù)據(jù)處理問題，目前的軟件尚不完全具備這樣的功能，即使具備一定的功能，也需要高端的硬件設(shè)備予以支技，運維成本極高，現(xiàn)有軟件技術(shù)接口的擴展性差，二次開發(fā)的成本相當?shù)母?，一般的開發(fā)成本都是用秒來計費，缺乏應(yīng)用推廣價值。
[0004]目前演練的方式有兩種，一種實戰(zhàn)演練，一種是桌面演練。地震應(yīng)急救援實戰(zhàn)演練，前期準備工作復(fù)雜、涉及的部門多、組織困難、廢墟場景搭建的費用高、危險性大。桌面演練是指參演人員利用地圖、沙盤、流程圖、計算機模擬、視頻會議等輔助手段，針對事先假定的演練情景，討論的推演應(yīng)急決策及現(xiàn)場處置的過程。這種方式簡單適用，但真實性差，可信度較低，很難調(diào)動起學員的參與興趣。
[0005]因此，需要建立一個逼真的、具有沉浸感的虛擬地震災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境，真正做到“看現(xiàn)場、作決策”，避免實戰(zhàn)演練所帶來的組織協(xié)調(diào)問題和經(jīng)費過高的難題，同時，受訓(xùn)者可以實現(xiàn)人機交互，增強真實感和現(xiàn)場感的演練系統(tǒng)，又能克服現(xiàn)有技術(shù)中軟硬件存在的問題，但現(xiàn)有技術(shù)中未見報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明目的在于提供一種地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明為達到上述目的，所采用的技術(shù)手段是:一種地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫、連接數(shù)據(jù)庫的資源管理子系統(tǒng)、連接資源管理子系統(tǒng)的演練想定生成子系統(tǒng)、三維視景渲染子系統(tǒng)、建模與仿真子系統(tǒng)、演練記錄與回放子系統(tǒng)、虛擬演練評估子系統(tǒng)，以及連接三維視景渲染子系統(tǒng)的沉浸顯示與交互子系統(tǒng)和連接三維視景渲染子系統(tǒng)、沉浸顯示與交互子系統(tǒng)的多點音頻通訊子系統(tǒng)，所述演練想定生成子系統(tǒng)以領(lǐng)域統(tǒng)一的概念描述庫為背景，結(jié)合自然環(huán)境數(shù)據(jù)進行概念想定建模；然后概念想定模型通過地震災(zāi)害想定編輯器，結(jié)合實體模型數(shù)據(jù)，映射到可以運行的仿真想定模型進行仿真運行；所述沉浸顯示與交互子系統(tǒng)直接與受訓(xùn)者交互，使受訓(xùn)者能夠得到身臨其境的臨場感，并實時采集來自受訓(xùn)者的交互動作，并將交互動作信息傳遞給三維視景渲染子系統(tǒng)；所述三維視景渲染子系統(tǒng)實時渲染出不同破壞程度的建筑物分布范圍，倒塌建筑物的各種狀態(tài)、地震次生災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展過程、不同虛擬角色的動作情況，并傳遞給沉浸顯示與交互子系統(tǒng)呈現(xiàn)給受訓(xùn)者，接收來自受訓(xùn)者的交互動作信息，并實時做出響應(yīng)；建模與仿真子系統(tǒng)生成虛擬演練所需要的各種模型，并實時運行這些模型，模型運行的結(jié)果提交給三維視景渲染子系統(tǒng)，并接收三維視景渲染子系統(tǒng)的實時反饋信息，根據(jù)反饋信息建立新的模型運行結(jié)果，再實時提交給三維視景渲染子系統(tǒng)；虛擬演練記錄與回放子系統(tǒng)記錄受訓(xùn)者的演練過程，并通過資源管理子系統(tǒng)存儲到數(shù)據(jù)庫中，或提出存儲的受訓(xùn)者演練過程回放；所述虛擬演練評估子系統(tǒng)根據(jù)想定的信息與受訓(xùn)者對特定想定的反應(yīng)，對受訓(xùn)者的能力進行評估，自動判分或評估專家評定。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可直接應(yīng)用于地震救援的實戰(zhàn)模擬演練、應(yīng)急預(yù)案推演及公眾科普教育等活動，為應(yīng)急救援培訓(xùn)提供可靠的環(huán)境支撐，為地震救援相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)支撐；提供了豐富的軟硬件擴展接口，方便系統(tǒng)向其他應(yīng)急救援相關(guān)領(lǐng)域遷移、擴展；填補了國際地震應(yīng)急救援領(lǐng)域的一項空白，進一步拓寬了虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的范圍。
[0009]說明書附圖
[0010]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0011]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的演練想定生成子系統(tǒng)框架圖。
【具體實施方式】
[0013]一種地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫、連接數(shù)據(jù)庫的資源管理子系統(tǒng)、連接資源管理子系統(tǒng)的演練想定生成子系統(tǒng)、三維視景渲染子系統(tǒng)、建模與仿真子系統(tǒng)、演練記錄與回放子系統(tǒng)、虛擬演練評估子系統(tǒng)，以及連接三維視景渲染子系統(tǒng)的沉浸顯示與交互子系統(tǒng)和連接三維視景渲染子系統(tǒng)、沉浸顯示與交互子系統(tǒng)的多點音頻通訊子系統(tǒng)，所述演練想定生成子系統(tǒng)以領(lǐng)域統(tǒng)一的概念描述庫為背景，結(jié)合自然環(huán)境數(shù)據(jù)進行概念想定建模；然后概念想定模型通過地震災(zāi)害想定編輯器，結(jié)合實體模型數(shù)據(jù)，映射到可以運行的仿真想定模型進行仿真運行；所述沉浸顯示與交互子系統(tǒng)直接與受訓(xùn)者交互，使受訓(xùn)者能夠得到身臨其境的臨場感，并實時采集來自受訓(xùn)者的交互動作，并將交互動作信息傳遞給三維視景渲染子系統(tǒng)；所述三維視景渲染子系統(tǒng)實時渲染出不同破壞程度的建筑物分布范圍，倒塌建筑物的各種狀態(tài)、地震次生災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展過程、不同虛擬角色的動作情況，并傳遞給沉浸顯示與交互子系統(tǒng)呈現(xiàn)給受訓(xùn)者，接收來自受訓(xùn)者的交互動作信息，并實時做出響應(yīng)；建模與仿真子系統(tǒng)生成虛擬演練所需要的各種模型，并實時運行這些模型，模型運行的結(jié)果提交給三維視景渲染子系統(tǒng)，并接收三維視景渲染子系統(tǒng)的實時反饋信息，根據(jù)反饋信息建立新的模型運行結(jié)果，再實時提交給三維視景渲染子系統(tǒng)；虛擬演練記錄與回放子系統(tǒng)記錄受訓(xùn)者的演練過程，并通過資源管理子系統(tǒng)存儲到數(shù)據(jù)庫中，或提出存儲的受訓(xùn)者演練過程回放；所述虛擬演練評估子系統(tǒng)根據(jù)想定的信息與受訓(xùn)者對特定想定的反應(yīng)，對受訓(xùn)者的能力進行評估，自動判分或評估專家評定。
[0014]所述數(shù)據(jù)庫用于存儲系統(tǒng)中的案例及數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)運行的過程中，可以時時的來調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中有大量的數(shù)據(jù)需要動態(tài)管理，主要包括兩方面:1)各種途徑收集到的災(zāi)情數(shù)據(jù)及對災(zāi)情數(shù)據(jù)進行分析整理后的中間數(shù)據(jù)；2)應(yīng)急推演演練系統(tǒng)所需要的各種視頻、圖片、聲音和文字素材數(shù)據(jù)，以及題庫中題目、用戶、答題結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0015]所述資源管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析采用了海量信息的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對收集到的震情數(shù)據(jù)進行分析整理，對其中的關(guān)鍵信息進行提取、分類；子系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理，MySQL不僅支持多平臺，還具有無范式要求，采用標準的SQL結(jié)構(gòu)化查詢語言，支持大至2GB的二進制數(shù)據(jù)和分布優(yōu)化多線索查詢等優(yōu)點，在管理數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性方面有著比較突出的性能。需要進行管理的數(shù)據(jù)主要包括以下幾方面:(I)震情信息數(shù)據(jù)，(2)震情中間分析結(jié)果數(shù)據(jù)，(3)地震基本知識數(shù)據(jù)，(4)地震應(yīng)急推演基本知識數(shù)據(jù)，(5)震例數(shù)據(jù)，(6)試題庫，(7)地震現(xiàn)場的視頻、圖片、聲音、文本素材數(shù)據(jù)。
[0016]所述資源管理子系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)類型以及使用方式的不同，以關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理和文件數(shù)據(jù)庫管理兩種方式對數(shù)據(jù)進行管理:
[0017]一、關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理
[0018]關(guān)系數(shù)據(jù)庫用來管理系統(tǒng)中的信息類數(shù)據(jù)，包括震情信息、基本知識、推演知識、人員帳戶信息、震例、試題數(shù)據(jù)。
[0019]I)人員帳戶管理
[0020]在演練過程中，不同的使用人員有不同的賬戶。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)要實現(xiàn)對受訓(xùn)人員賬戶信息的管理，即添加、刪除、修改賬戶等。還要實現(xiàn)對每個賬戶具體信息的管理，比如登陸時間、登陸次數(shù)等。
[0021](2)震情信息管理
[0022](3)地震基本知識管理
[0023](4)地震應(yīng)急推演知識管理
[0024](5)試題信息管理
[0025](6)用戶演練結(jié)果信息管理
[0026]二、文件數(shù)據(jù)庫管理
[0027]LDAP(輕量級目錄訪問協(xié)議，Lightweight Directory Access Protocol)是實現(xiàn)提供被稱為目錄服務(wù)的信息服務(wù)。目錄服務(wù)是一種特殊的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其專門針對讀取，瀏覽和搜索操作進行了特定的優(yōu)化。目錄一般用來包含描述性的，基于屬性的信息并支持精細復(fù)雜的過濾能力。目錄一般不支持通用數(shù)據(jù)庫針對大量更新操作操作需要的復(fù)雜的事務(wù)管理或回卷策略。而目錄服務(wù)的更新則一般都非常簡單。這種目錄可以存儲包括個人信息、web鏈結(jié)、jpeg圖像等各種信息。為了訪問存儲在目錄中的信息，就需要使用運行在TCP/IP之上的訪問協(xié)議-LDAP。LDAP目錄中的信息是是按照樹型結(jié)構(gòu)組織，具體信息存儲在條目(entry)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。條目相當于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中表的記錄條目是具有區(qū)別名DN(Distinguished Name)的屬性(Attribute), DN是用來引用條目的，DN相當于關(guān)系數(shù)據(jù)庫表中的關(guān)鍵字(PrimaryKey)。屬性由類型(Type)和一個或多個值(Values)組成,相當于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的字段(Field)由字段名和數(shù)據(jù)類型組成，只是為了方便檢索的需要，LDAP中的Type可以有多個Value，而不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫中為降低數(shù)據(jù)的冗余性要求實現(xiàn)的各個域必須是不相關(guān)的。
[0028]所述演練想定生成子系統(tǒng)是整個地震現(xiàn)場救援虛擬仿真系統(tǒng)中最重要的功能模塊之一，該模塊能保證系統(tǒng)在震害場景、震害模型、救援設(shè)備、專業(yè)救援人員、演練方案及評估標準等諸多方面具有可擴充性。如當系統(tǒng)需要增加震害場景時，系統(tǒng)管理人員只需要通過一個具有圖形化界面的想定生成模塊，把事先生成好的震害場景拖放到大的震害環(huán)境中，由演練想定生成子系統(tǒng)管理新的想定，并通知其他模塊。這樣，在演練開始時，受訓(xùn)者就能看到并與新的震害場景交互，而不需要修改任何系統(tǒng)代碼。增加一個虛擬受害者的過程類似，不需要修改任何系統(tǒng)代碼，直接由可視化的想定編輯界面，修改生成新的想定，由新的想定控制新的演練過程?；诖?，演練想定生成子系統(tǒng)是地震現(xiàn)場救援仿真系統(tǒng)的核心之一，是直接與系統(tǒng)管理人員交互的模塊。實際上，在日常演練管理中，系統(tǒng)管理人員只需要與演練想定生成子系統(tǒng)打交道，如果需要修改三維場景模型或設(shè)備模型或虛擬救援人員模型，則由系統(tǒng)管理人員自己或通過其他專業(yè)人士來修改。管理人員需要修改虛擬場景、虛擬救援人員的信息、虛擬受害者的數(shù)量與位置等信息，都只需要操作演練想定生成子系統(tǒng)。所以，演練想定生成子系統(tǒng)需要被設(shè)計成圖形化的用戶界面，幾乎不需要記憶什么命令，直接通過鼠標拖放就能完成大多數(shù)工作。
[0029]演練想定生成工具為了實現(xiàn)上述任務(wù)目標，需要滿足以下要求:
[0030]第一，良好的靈活性和可擴充性，提供圖形化的用戶界面，在想定編制的過程中，避免了用戶輸入代碼，同時他們提供了擴展工具，方便用戶按需擴展想定功能、豐富想定生成工具的數(shù)據(jù)庫；
[0031]第二，仿真模型滿足分布式的要求，想定生成模塊內(nèi)部提供了底層的支持，方便用戶引用；
[0032]第三，較好的交互性，在仿真運行過程中，軟件提供接口方便用戶修改和控制；
[0033]第四，想定中的模型都有符合DIS/HLA的標準接口。
[0034]演練想定生成子系統(tǒng)分為三個層次，底層的各種規(guī)范和協(xié)議，使想定有統(tǒng)一的接口規(guī)范描述；中間層的想定方法，如建立仿真模型間的關(guān)系，如何描述任務(wù)等；高層是想定的應(yīng)用，針對不同的背景定制不同的想定編輯器，所述中間層要符合底層提出的規(guī)范和協(xié)議，高層的應(yīng)用要符合中間層的描述方法和接口，以便信息共享。
[0035]在以往的研究過程中，還有這樣的缺陷:由于對軍事任務(wù)和描述的認識缺乏，軍事想定很難被仿真開發(fā)人員直接使用；對用戶開發(fā)仿真項目的目的認識不明確，加大了導(dǎo)致后期返工的可能性；想定與模型的緊耦合，使想定被具體的模型所束縛，同時導(dǎo)致的想定模型可重用性很差等。為了解決以上的問題，在參考了美軍軍方提出的任務(wù)空間概念模型CMMS，以及相關(guān)的研究成果后，提出在仿真想定建立的前一階段建立一個概念想定開發(fā)階段，也就是依據(jù)對聯(lián)合作戰(zhàn)的概念描述，建立想定模型，即概念想定模型。概念想定模型獨立于具體的仿真，它的建立不但能大大提高想定的重用性，而且有利于仿真技術(shù)人員和軍事人員進行有效的溝通，使仿真目的和需求能夠在概念想定中得到最多的體現(xiàn)，解決用戶和仿真開發(fā)者交互的問題。
[0036]以前述的軍事應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)想為藍本，建立演練想定生成子系統(tǒng)的框架如圖1所示，該模塊首先從仿真需求出發(fā)，以相關(guān)領(lǐng)域的統(tǒng)一的概念描述庫為背景結(jié)合合成自然環(huán)境數(shù)據(jù)，進行概念想定建模；然后概念想定模型通過仿真想定編輯器，結(jié)合實體模型數(shù)據(jù)，這些實體模型可以是虛擬角色生成器生成的虛擬受訓(xùn)者或虛擬受災(zāi)者，也可以是虛擬設(shè)備儀器，映射到可以運行的仿真想定模型，最終進行仿真運行，得到仿真結(jié)果。這個想定系統(tǒng)輸入的是仿真需求，輸出的是仿真結(jié)果，中間是各個階段的想定模型和相關(guān)數(shù)據(jù)，由于這些模型和數(shù)據(jù)從開始到結(jié)束都是一致的，是以想定模型為中心的，因而，稱之為一致的想定數(shù)據(jù)模型，它是一種需求轉(zhuǎn)化成的組件模型數(shù)據(jù)及其關(guān)系的描述。
[0037]演練想定生成子系統(tǒng)按照使用功能和過程來劃分，分為概念想定編輯器、仿真想定編輯器、分布仿真運行管理器:
[0038](I)概念想定編輯器
[0039]概念想定編輯器，負責想定的概念模型開發(fā)，它不涉及到具體的實體模型。概念想定的開發(fā)類似于軍事標圖，但它不是簡單的把軍事想定照搬過來，而是要以地震現(xiàn)場救援的想定習慣和操作規(guī)程為藍本進行領(lǐng)域內(nèi)的概念開發(fā)，使想定描述標準化、形式化、無二義性。
[0040]它的基礎(chǔ)是相關(guān)領(lǐng)域的統(tǒng)一的概念描述庫，這個描述庫相當于美國軍方CMMS建立的權(quán)威數(shù)據(jù)源。它包含描述實體、聚集實體和過程等元素的概念的信息，這些信息能夠確認和描述這些元素可能的狀態(tài)、任務(wù)、事件、行為以及性能、參數(shù)和屬性等等。概念想定模型就是建立這些元素的關(guān)系，約束，分配任務(wù)等等。它的描述包括:想定模型層次關(guān)系，合成自然環(huán)境描述(地理信息、地物信息、大氣信息、天氣或氣候等)，參訓(xùn)實體及配置，實體關(guān)系，任務(wù)集合等等。
[0041]概念想定模型的建立不但需要統(tǒng)一的概念描述作為基礎(chǔ)，而且還要使用由環(huán)境編輯器生成的合成自然環(huán)境數(shù)據(jù)。概念想定建模支持想定模型的層次化，支持協(xié)同建模過程，支持想定模型的耦合等，從而滿足大規(guī)模想定模型的開發(fā)。
[0042](2)仿真想定編輯器
[0043]仿真想定模型是直接用于仿真運行的，仿真想定編輯器則負責管理和建立仿真運行想定。前面建立的想定概念模型導(dǎo)入仿真想定編輯器，在仿真想定中主要考慮仿真模型資源的映射，使概念模型在添加了必要的信息后，變成可以仿真運行的想定模型。映射包括模型類映射，模型參數(shù)映射，任務(wù)映射，關(guān)系映射，等等。
[0044]仿真想定建模過程吸收了概念想定建模的特點，并且提供給用戶修改想定的功能，用戶不但能對原來的概念想定進行映射，而且還能對想定模型進行二次建模，添加、刪除、修改原來的想定模型。并且允許用戶在此直接建立仿真想定。
[0045](3)仿真運行管理器
[0046]仿真運行管理器，負責控制和管理想定仿真運行，底層基于HLA/RTI。
[0047]仿真資源管理層是虛擬仿真系統(tǒng)的重要組成部分，為虛擬仿真系統(tǒng)提供模型、數(shù)據(jù)等資源服務(wù)，該模塊底層通過0raCle9i支撐，負責管理包括模型庫、數(shù)據(jù)庫、想定庫、方案庫及演練環(huán)境庫等各類基礎(chǔ)資源。
[0048](I)救援裝備模型庫
[0049]各類救援裝備模型是緊急救援工作得以高效開展的前提條件。按模型功能的不同，裝備模型包含實體、關(guān)系、環(huán)境影響三類模型。按功能分，可分為仿真對象模型、裝備實體模型、效能評估模型、環(huán)境描述模型、人員行為模型、管理控制模型、綜合分析模型和可視化模型等幾大類。救援裝備模型庫的建設(shè)，就是逐步完成上述模型建設(shè)，并在確定模型的分類方式基礎(chǔ)上，提供包括模型的生成、組裝、修改、檢索等維護和管理手段。
[0050](2)多媒體數(shù)據(jù)庫
[0051] 在演練之前根據(jù)演練想定的要求，需要準備大量的數(shù)據(jù)，演練過程中也會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，演練完成后還需要保存大量的數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)是進行演練仿真與演練的基礎(chǔ)。毫無疑問，這些數(shù)據(jù)不是單一的文本數(shù)據(jù)或表格數(shù)據(jù)，而是圖形、圖像、視頻、音頻與文字等多種媒體組成的多媒體數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫則是高效合理進行這些多媒體數(shù)據(jù)利用的技術(shù)手段和前提。因此，我們必須在系統(tǒng)設(shè)計時就重視收集管理與數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。
[0052](3)演練想定庫
[0053]演練想定庫通過演練想定的標準化描述技術(shù)，將多種演練樣式下的典型想定進行計算機化表示，以實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的想定自動輸入和想定重用。演練想定庫負責管理演練想定相關(guān)的各種信息與表不。
[0054]想定數(shù)據(jù)是仿真應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，想定數(shù)據(jù)庫存儲“數(shù)字化”的想定，不但為用戶研究提供典型想定，還要便于想定剪裁與重構(gòu)，主要包括以下數(shù)據(jù)表:
[0055]?想定索引表。保存想定概貌性數(shù)據(jù)，便于用戶快速了解想定的概要，主要用于想定的重構(gòu)、檢索和庫維護時參考想定的選?。话ㄏ攵ùa、想定名稱、想定描述(想定的研究目的)、演練目標、演練人員情況、演練區(qū)域、想定制定人員、想定制定日期、想定演示文件名等。
[0056]?想定背景表。保存有關(guān)想定背景、想定基本假設(shè)、人員使用原則、救援任務(wù)等想定內(nèi)容，其中常變化的各項等作為單個屬性存在表中，便于修改，不常變化各項集中在一起，便于重用，表中只保留集中的文件名；主要包括想定代碼、人員投入規(guī)模、地震救援企圖、想定背景多媒體文件名。
[0057]?設(shè)備表。保存設(shè)備的型號和數(shù)量；主要包括想定代碼、多功能參數(shù)表。
[0058]?行動區(qū)域及路徑表。保存行動區(qū)域、行動路線的關(guān)鍵節(jié)點坐標；主要包括想定代碼、編號、節(jié)點坐標。
[0059]?救援計劃表。體現(xiàn)按時間順序的基本的指揮、救援過程，表中只保存命令的最初發(fā)出單位、命令最終接收單位，中間的命令過程由指揮關(guān)系得到；
[0060]?主要包括想定代碼、命令編號、命令發(fā)出單位代碼、命令接收單位代碼、命令發(fā)出時間、命令內(nèi)容、行動時間、初始位置、路徑號、行動目標的名稱、行動目標坐標。
[0061]?后勤保障表。體現(xiàn)救援單位的物資、運輸、設(shè)備的消耗標準和保障情況。
[0062]各表間通過想定代碼建立聯(lián)系，想定代碼唯一標識某想定。想定代碼建立想定索引表與想定背景表1:1關(guān)系、想定索引表與救援人員編成表1: η關(guān)系，救援力量編成表與行動區(qū)域及路徑表1: η關(guān)系、人員編成表與行動計劃表1: η關(guān)系、人員編成表與后勤保障表1.η關(guān)系。
[0063]想定數(shù)據(jù)庫的管理與維護模塊塊直接對數(shù)據(jù)庫操作，完成數(shù)據(jù)庫維護及輔助想定裁剪與重構(gòu)，該模塊規(guī)定各種級別的用戶不同權(quán)限，如瀏覽庫、修改屬性值、增刪記錄、修改表的結(jié)構(gòu)等。
[0064]該模塊既可以直接操作想定庫，也可在標繪圖上修改。例如對數(shù)據(jù)庫人員編成表某行動小組的位置屬性值進行修改時，標繪圖上相應(yīng)行動小組的位置自動改變；當直接在救援人員編成表中刪除某行動小組后，它的標號自動從標繪圖上消失。
[0065](4)演練環(huán)境庫
[0066]演練環(huán)境包括地震現(xiàn)場的各種地物地貌、人員等。演練環(huán)境庫是視景仿真與結(jié)構(gòu)仿真的重要信息來源。
[0067](5)專家信息庫
[0068]專家信息庫把來自地震專家、結(jié)構(gòu)專家、搜救專家裝備專家、醫(yī)療急救專家、后勤保障專家等知識進行規(guī)范化描述使之成為為救援演練中的施救方案制定、行動實施(搜索、營救、醫(yī)療)、質(zhì)量評定等方面提供技術(shù)準則和評估依據(jù)。
[0069](6)演練記錄庫
[0070]演練過程以時態(tài)連接事件的方式存儲在數(shù)據(jù)庫中，形成演練記錄庫。時態(tài)連接在數(shù)據(jù)庫中以對象的形式出現(xiàn)，為了便于處理，時間屬性應(yīng)作為時態(tài)連接事件的關(guān)鍵字，并以時間屬性自動排序。
[0071]從上述可以看出，仿真資源具有多樣性、異構(gòu)性和分布化仿真服務(wù)等特點，必須采用形式化的高層建模方法，構(gòu)建與平臺無關(guān)的仿真服務(wù)請求描述規(guī)范；用形式化的仿真資源服務(wù)描述語言，建立與平臺無關(guān)的仿真服務(wù)描述規(guī)范；并實現(xiàn)對仿真服務(wù)的動態(tài)操作。
[0072]這種仿真服務(wù)描述一方面要符合公共的仿真服務(wù)引擎調(diào)度機制，另一方面要滿足異類仿真資源的特殊要求。因此，我們采用服務(wù)的概念來對仿真資源的功能進行描述，屏蔽仿真資源實現(xiàn)方式的差異，不同的仿真資源只是提供規(guī)定的若干功能接口，并不需要暴露具體的內(nèi)容。
[0073]所述沉浸顯示與交互子系統(tǒng)直接與受訓(xùn)者交互，使受訓(xùn)者能夠得到身臨其境的臨場感，并實時采集來自受訓(xùn)者的交互動作。這些交互信息會傳遞給三維視景實時渲染子系統(tǒng)。
[0074]沉浸顯示與交互子系統(tǒng)直接與受訓(xùn)者交互，使受訓(xùn)者能夠得到身臨其境的臨場感，并實時采集來自受訓(xùn)者的交互動作。這些交互信息會傳遞給三維視景實時渲染子系統(tǒng)，三維視景實時渲染子系統(tǒng)實時渲染出虛擬災(zāi)害現(xiàn)場、破壞的建筑物、虛擬救援設(shè)備、虛擬救援人員等視覺觸覺信息，表現(xiàn)給受訓(xùn)者。這種表現(xiàn)是通過沉浸顯示與交互子系統(tǒng)實現(xiàn)的。另一方面，三維視景實時渲染子系統(tǒng)也通過沉浸顯示與交互子系統(tǒng)獲取來自受訓(xùn)者的交互信息，并實時做出響應(yīng)。同時三維視景實時渲染子系統(tǒng)把虛擬環(huán)境中產(chǎn)生的聲音傳遞給多點音頻通信子系統(tǒng)，通過多點音頻通信子系統(tǒng)表現(xiàn)給受訓(xùn)者。
[0075]所述三維視景渲染子系統(tǒng)在構(gòu)建虛擬環(huán)境中是最為復(fù)雜的技術(shù)，如果細分的話，可以分為，聲音渲染，地形渲染，物理渲染等。其最終目的就是最大程度地模擬真實世界的物理特性。如蓋一所房子需要很多原材料，我們把房子蓋好需要把各種材料有機的組合在一起才行。同樣用電腦做3D圖形的時候也是很多東西組合在一起的，包括三維建模，材質(zhì)搭配，光線效果，動畫效果等等，把這些東西合理的組合在就是3D渲染過程，這個過程是完成地震災(zāi)害現(xiàn)場環(huán)境最重要的環(huán)節(jié)。
[0076]VR-Platform虛擬現(xiàn)實平臺
[0077]基于PC平臺的虛擬現(xiàn)實制作軟件VR-Platform(VRP)，可為用戶提供成熟的虛擬現(xiàn)實仿真項目解決方案。
[0078]VRP以VRP引擎為核心，衍生出5個相關(guān)三維產(chǎn)品的軟件平臺:VRP_IE三維網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、VRP-BHLDER虛擬現(xiàn)實編輯器、VRP-PHYSICS物理系統(tǒng)、VRP-DIGICITY數(shù)字城市平臺、VRP-SDK 二次開發(fā)工具包。
[0079]VRP-1E三維網(wǎng)絡(luò)瀏覽器:將VRP-BnLDER的編輯成果發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)，并且可讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)進行對三維場景的瀏覽與互動。
[0080]VRP-BnLDER虛擬現(xiàn)實編輯器:三維場景的模型導(dǎo)入、后期編輯、交互制作、特效制作、界面設(shè)計、打包發(fā)布的工具。
[0081]VRP-PHYSICS物理系統(tǒng):可逼真的模擬各種物理學運動，實現(xiàn)如碰撞、重力、摩擦、阻尼、陀螺、粒子等自然現(xiàn)象，在算法過程中嚴格符合牛頓定律、動量守恒、動能守恒等物理原理。
[0082]VRP-DIGICITY數(shù)字城市平臺:具備建筑設(shè)計和城市規(guī)劃方面的專業(yè)功能，如數(shù)據(jù)庫查詢、實時測量、通視分析、高度調(diào)整、分層顯示、動態(tài)導(dǎo)航、日照分析等。
[0083]VRP-SDK 二次開發(fā)工具包:提供C++源碼級的開發(fā)函數(shù)庫，用戶可在此基礎(chǔ)之上開發(fā)出自己所需要的高效仿真軟件。
[0084]地震災(zāi)害仿真建模與再現(xiàn)運用了 VRP-PHYSICS物理系統(tǒng)，模擬建筑物或基礎(chǔ)設(shè)施在地震動的作用下倒塌成不同的狀態(tài)，模擬地震引發(fā)的火災(zāi)、爆炸、有毒有害物質(zhì)泄漏等次生災(zāi)害。使用VRP-BnLDER虛擬現(xiàn)實編輯器作為地震災(zāi)害三維場景的模型導(dǎo)入、后期編輯、交互功能的制作、特效制作、界面設(shè)計、打包發(fā)布的工具。搭建虛擬數(shù)字城市時，還用到VRP-DIGICITY平臺搭建虛擬中小數(shù)字城市。而后續(xù)開發(fā)虛擬地震災(zāi)害應(yīng)急救援處置平臺還需運用VRP-1E三維網(wǎng)絡(luò)瀏覽器開發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同演練平臺當已有的功能不滿足需求時，我們還將使用VRP-SDK 二次開發(fā)工具包，開發(fā)符合自己需求的功能。
[0085]VRP可以利用3dsMax中各種全局光渲染器所生成的光照貼圖，因而使得場景具有非常逼真的靜態(tài)光影效果。支持的渲染器包括Scanline, Radiosity, Lighttracer,Lightscape, Finalrender, VRay, Mentalray等。同時，VRP擁有的實時材質(zhì)編輯功能，可以對材質(zhì)的各項屬性進行調(diào)整，如顏色、高光、貼圖、UV等，以達到優(yōu)化的效果。
[0086]VRP運用了游戲中的各種優(yōu)化算法，提高大規(guī)模場景的組織與渲染效率。無論是場景的導(dǎo)入導(dǎo)出、實時編輯，還是獨立運行，其速度明顯快于某些同類軟件。經(jīng)測試，在一臺Geforcel28M顯卡上，一個200萬面的場景經(jīng)過自動優(yōu)化，仍然可以流暢運行。用VRP制作的演示可廣泛的運行在各種檔次的硬件平臺，尤其適用于Geforce和Radeon系列民用顯卡，也可在大量具有獨立顯存的普通筆記本上運行。
[0087]VRP中可對物體的三維坐標進行任意的調(diào)整，包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和鏡像，并且還可以對物體進行復(fù)制。這樣我們可以在三維場景中任意擺放建筑物、救援設(shè)備、廢墟的組合
搭建等。
[0088]VRP支持適時導(dǎo)航地圖，在行走相機或飛行相機狀態(tài)下，通過單擊導(dǎo)航地圖上任意一點可以快速切換到當前相機視角；同時也支持固定熱點，單擊某一熱點也可以快速切換到當前相機視角。因此滿足地震災(zāi)害應(yīng)急處置演練平臺中，針對宏觀場景中的決策分析，任務(wù)分配的需求。
[0089]VRP的多通道模塊，可以在百M的局域網(wǎng)內(nèi)，實現(xiàn)最多達32臺主機的幀同步互聯(lián)。所有機器運行同一個場景，通過一個服務(wù)器，可以為每一臺客戶機指定一個顯示窗口，將這些顯示窗口拼接起來，即可形成一個多通道的展示環(huán)境。VRP幀同步效率非常高，在機器性能一致的情況下，每臺機器均不會發(fā)生丟幀現(xiàn)象，聯(lián)網(wǎng)運行時的刷新率(FPS)與單機運行時基本一致。這樣一方面，針對協(xié)同演練時，不同的隊員運行不同的機器，可以同時在一個場景中演練，而不造成不同步的畫面，另一方面更好地支持4D影院環(huán)形幕的多通道展示。
[0090]所述建模與仿真子系統(tǒng)通過地震災(zāi)害過程的仿真建模方法與再現(xiàn)技術(shù)，能更加形象地再現(xiàn)災(zāi)害的全過程和相對真實的災(zāi)害場景，為相關(guān)人員提供一個相對逼真的虛擬地震現(xiàn)場環(huán)境。所述建模與仿真子系統(tǒng)中虛擬環(huán)境的三維建模是整個三維視景生成系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，主要包括三維視覺建模和三維聽覺建模，以3D Studio MAX和Maya的建模為基礎(chǔ)，再導(dǎo)入VR-Platform虛擬現(xiàn)實平臺中，從而制作地震災(zāi)害的虛擬場景。
[0091]選擇3D Studio MAX做為地震災(zāi)害視景仿真建模工具，主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
[0092](I)工作流模式使得工作組的協(xié)調(diào)更容易，效率更高。3D Studio MAX R3引入了工作流模式，在具體的實現(xiàn)上從外部參考體系(XRef)、示意視圖(Schematic View)的引入以及現(xiàn)在3D MAX可以使用其他程序從外部加以控制，而不必激活它的工作界面。
[0093](2)易用性的改進。操作界面的改進是Release.0版本的最顯著的變化，除了外觀的變化之外，R3.0版本還增加了諸如用戶自定義界面、宏記錄、插件代碼、變換Gizmo、軌跡條等功能。
[0094](3)渲染的改進。Autodesk公司在收購了以渲染和視頻技術(shù)聞名的DiscreetLogic公司，吸收了該公司的先進技術(shù)，3D MAX R3對其渲染器幾乎做了重新設(shè)計，不僅增加了渲染的速度，而且提高了畫面渲染的質(zhì)量。
[0095](4)建模技術(shù)的增強。建模技術(shù)的增強是3D Studio MAX最重要、最突出的改進，這也是在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)建中應(yīng)用它的一個有力的原因。
[0096]主要的改進包括:
[0097]①細分曲面技術(shù)(Subdivision Surface)。3DS MAX包含了細分曲面技術(shù)，細分曲面技術(shù)是1998年以來業(yè)界最流行的建模技術(shù)，大有趕超NURBS技術(shù)之勢，它可以使模型建立更容易，而且效果更好。
[0098]②柔性選擇。此項技術(shù)可以“部分地”選擇頂點，從而在變換頂點時獲得光滑、柔和的效果，這對建立復(fù)雜物體的模型時非常有用。
[0099]③曲面工具和改進的NURBS技術(shù)。使用曲面工具可以產(chǎn)生很復(fù)雜的“面片”模型，這亦是一種重要的建模方法，Release3.0版本中的NURBS技術(shù)不但速度加快，而且增加了一系列方便、易用的功能。
[0100](5)對游戲的更好支持。3D Studio MAX R3大大增強了對游戲的支持，而且這些特性也可以用于其他場合。
[0101]增加了角色動畫功能。ReleaSe3.0版本內(nèi)置了制作角色動畫的功能，可以方便制作人物或動物的動作、柔軟物體的效果以及變形效果。頂點信息以及加強的貼圖坐標功能?，F(xiàn)在可以對頂點著色，并增加了頂點的通道，增強了 UVW Unwarp的功能，并增加了 WorldXYZ貼圖坐標。此外，3D Studio MAX R3也顯著增強了動畫功能。
[0102]三維建模中的視覺建模主要包括幾何建模(Geometric Modeling)、運動建模(Kinematic Modeling)、物理建模(Physical Modeling),對象特性(Object Behavior)建模以及模型切分(Model Segmentation)等。[0103]一、幾何建模:幾何建模描述虛擬對象的形狀(多邊形)三角形和頂點、以及它們的外表(紋理、表面反射系數(shù)、顏色)。
[0104]1.對象形狀
[0105]對象形狀(Object Shape)能通過PHIGS、Starbase或GL.XGL等圖形庫從頭創(chuàng)建。但開發(fā)一個完整的三維仿真數(shù)據(jù)庫費時費工，一般都要利用一定的建模工具。最簡便的就是使用傳統(tǒng)的CAD軟件，如AutoCAD或3D Studio,交互地建立對象模型。
[0106]2.對象外表
[0107]虛擬對象的外表真實感主要取決于它的表面反射和紋理。以前，提高一個對象感的主要辦法是增加物體的多邊形。在需要實時仿真時，增加多邊形會使圖形速度變得緩慢。現(xiàn)代圖形硬件平臺具有實時紋理處理能力，允許二維的圖像數(shù)據(jù)覆蓋到多邊形上。這意味著在維持圖形速度同時，可用少量的多邊形和紋理增強真實感。紋理中的最小元素被稱為紋理元素(textures)。每個紋理元素由紅、綠、藍、亮度和Alpha調(diào)制組成。Alpha調(diào)制表示紋理透明度的成分。紋理給地震災(zāi)害場景仿真帶來了許多好處:首先，它增加了細節(jié)水平以及景物的真實感。其次，由于透視變換，紋理提供了更好的三維線索。最后，紋理大大減少了視景多邊形的數(shù)目，因而提高了刷新頻率。紋理能用下面兩種方法生成:一個是用圖像繪制軟件交互地創(chuàng)建編輯和儲存紋理位圖；另一個是用照片拍下所需的紋理，然后掃描得到。目前，已有商品化的紋理數(shù)據(jù)庫出售。很多高級的圖形硬件平臺，通過提供復(fù)雜的實時紋理硬件來提高真實感。
[0108]二、運動建模
[0109]僅僅建立靜態(tài)的三維幾何體對虛擬地震災(zāi)害場景的模擬來講還是不夠的。在虛擬環(huán)境中，物體的特性涉及到位置改變、碰撞、捕獲、縮放、表面變形等等。
[0110]1.對象位置
[0111]物體位置包括物體移動、旋轉(zhuǎn)、縮放。在虛擬地震災(zāi)害場景中，我們不僅對絕對坐標感興趣，也對三維對象相對坐標感興趣。對每個對象都給予一個坐標系統(tǒng)，稱之為對象坐標系統(tǒng)。這個坐標系統(tǒng)的位置隨物體的移動而改變。
[0112]2.碰撞檢測
[0113]在虛擬地震災(zāi)害場景中，我們經(jīng)常需要檢查對象A是否與對象B碰撞，例如某個預(yù)制板坍塌是否已觸到了墻體。碰撞檢測需要計算兩個物體的相對位置。如果要對兩個對象上的每一個點都做碰撞計算，就要花許多時間。因而，在虛擬地震災(zāi)害場景模擬的實時計算中，有時采用矩形邊界檢測以節(jié)省時間，但往往把精確性給犧牲了。
[0114]三、物理建模
[0115]虛擬對象物理建模包括定義對象的質(zhì)量、重量、慣性、表面紋理(光滑或粗糙)、硬度、形狀改變模式(橡皮帶或塑料)等等，這些特性與幾何建模和行為規(guī)則結(jié)合起來，形成更真實的虛擬模型。
[0116]1.重量建模
[0117]救援隊員在廢墟中，想用頂升設(shè)備頂起某塊預(yù)制板，當預(yù)制板的重量超出頂升設(shè)備所能舉起的范圍，預(yù)制板是不能動作。也就是說廢墟上的預(yù)制板、磚塊、墻體都是有一定的重量。還有就是如果用戶用虛擬手抓住一個虛擬設(shè)備，由于在設(shè)備重心和手掌心之間的距離差，用戶就會感到一個大小為F的反饋力和大小為M的力距。[0118]2.表面變形和軟硬度
[0119]真正的對象表面并不是堅硬的不會變形的。為了用圖形方法仿真，這種虛擬對象需要"網(wǎng)格"化，而不能直接用圖形原語來表示，如液壓管就不能簡單地表示為一個圓柱體。每個網(wǎng)格表面的多邊形個數(shù)，是由細節(jié)水平和圖形加速器的性能來決定的。如果我們再把反饋工具加入仿真中，那么用戶就能感覺到物體對變形的反抗，感覺到力的反饋，并看到液壓管的變形。
[0120]四、對象特征
[0121]直到現(xiàn)在，我們的討論還限于對象運動和物理特性對用戶行為直接反應(yīng)的數(shù)學建模。此外，我們還可以建立與用戶輸入無關(guān)的對象特征模型。
[0122]假定有一個虛擬的辦公室，墻上有個鐘，窗口有溫度計，桌上有日歷本時間和日期將隨計算機系統(tǒng)的時間而改變，溫度將隨外部溫度計與計算機相連而顯示當時的實際溫度。每當用戶"走過"辦公室時，時鐘、日歷和溫度計數(shù)據(jù)都將改變。這使得虛擬物體具有一定程度的與用戶行為無關(guān)的"智能"。
[0123]五、模型分割(ModelSegmentation)
[0124]虛擬環(huán)境的幾何體和物理建模所得到的是一個復(fù)雜的模型，大量的多邊形使渲染(rendering)速度大大減慢。如果現(xiàn)有的RAM不能滿足渲染對大量內(nèi)存的需求,還會導(dǎo)致大量的內(nèi)存交換，而降低系統(tǒng)的交互速度。
[0125]這些問題在建筑仿真中也出現(xiàn)了。因為要虛擬化整個大型建筑的地板、辦公室、家具、走廊、樓梯等等，這樣一個模型可能在成千上萬的多邊形。同樣的問題也存在于地震災(zāi)害場景模擬上。我們知道，地震災(zāi)害場景中的廢墟結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，我們不可能在滿足交互速率的條件下以足夠的細節(jié)去渲染整個廢墟場景。
[0126]任何應(yīng)用都可能面對建模復(fù)雜度問題。在建立模型中，可采用幾個辦法，如單元分割、變化細節(jié)和分辨率顯示、脫線預(yù)先計算以及內(nèi)存管理技術(shù)等，來提高系統(tǒng)運行的實時性。
[0127]1.單兀分割(cell segmentation)
[0128]將虛擬環(huán)境分割成較小的單元被稱為模型分割。當模型被分割后，只有在當前模型中的物體被渲染，因此，可極大地減少被處理模型的復(fù)雜度。
[0129]這種分割方法對大型建筑模型是非常適用的。在分割后，模型的大部分在給定的視景中是不起作用的。每個視野中的多邊形數(shù)基本不隨視點的移動而變化，除非越過某個閾限(從一個房間到另一個房間，此時的單元大致是房間)。對于某些規(guī)整的模型，分割容易自動地實現(xiàn)。而對于那些完成后一般不再輕易變化的建筑模型，分割能在預(yù)先計算階段離線完成。
[0130]2.細節(jié)水平分割
[0131]模型管理不僅限于單元的分割，另一個方法是在各種細節(jié)水平(Level of Deail簡稱為L0D)儲存對象，它用于管理實時系統(tǒng)的顯示負載。在遠距離觀察時，物體表示非常簡單，但隨著眼睛移近物體，就會不斷增加物體的復(fù)雜性。我們可以舉一個有兩個水平LOD的例子。
[0132]有兩個距離分別與兩個模型表達相聯(lián)系。這兩個距離是較高水平距離m和較低細節(jié)水平距離1.當觀察點到一個物體的距離小于m時，這個軟件就轉(zhuǎn)向具有更多多邊形的模型；當這個范圍大于I時，這個軟件就轉(zhuǎn)向有較少多邊形的物體。實時系統(tǒng)從一個表示向另一個表示轉(zhuǎn)變的距離被表示在三維模型中，稱為轉(zhuǎn)入(Switchin)和轉(zhuǎn)出(Switchout)距離。在飛行模擬中，LOD技術(shù)早已被長期使用。例如飛行模擬中一棵樹有4個模型，當飛行員從很遠距離不能看清細節(jié)時，樹的模型只有一個多邊形，再接近一點，樹就有兩個多邊形，依此類推，一直到能完全看清細節(jié)為止。
[0133]利用LOD的圖形數(shù)據(jù)庫大大減少了多邊形的數(shù)量，渲染速度也大大加快。LOD也適用于移動的景物。在屏幕上快速移動的物體被觀察的時間相對短一些。因此，把它們的細節(jié)都描述出來就沒有必要，只需少一些多邊形表示即可，并不降低視覺效果。
[0134]因時系統(tǒng)必須花一定時間測試注視點和這些距離，LOD也會帶來一些新的系統(tǒng)開銷，因此，必須以最經(jīng)濟的方式設(shè)定LOD轉(zhuǎn)換。一般的原則是兩個LOD之間至少減少50%的多邊形數(shù)量，因為物體表征隨著注視點移向或遠離物體而改變。因此，建模者必須注意從一個LOD水平向另一個LOD水平的轉(zhuǎn)變沒有視覺上的混亂，保證物體在外觀和顏色上的相似性和轉(zhuǎn)入/轉(zhuǎn)出距離的合理選擇。
[0135]所述演練記錄與回放子系統(tǒng)以題目的形式演練應(yīng)急處置人員的應(yīng)急判斷能力。該部分由兩大模塊組成:推演演練和系統(tǒng)管理。
[0136]推演演練可以進行響應(yīng)判斷條件、特別重大地震事件和重大地震事件三種形式的推演練習。練習中的場景結(jié)合一個完整震例的實際推演過程，對其中的各個場景進行描述，并針對該場景向應(yīng)急推演受訓(xùn)人員提出問題進行回答。
[0137]系統(tǒng)管理對題庫中的場景、視頻和圖片素材、試題、人員帳號、試題答案進行管理。
[0138]推演練習模塊由四大部分組成:場景列表、素材顯示區(qū)、場景描述區(qū)、試題列表。用戶可以觀看視頻素材和場景的文本描述，看完場景描述后可以對試題列表中的問題進行回答，用戶回答的問題提交到數(shù)據(jù)庫中保存，供日后查閱和評分。
[0139]場景管理模塊負責場景的上傳和場景編輯，上傳場景時可以設(shè)的場景的名稱、所屬的推演類型、搜索關(guān)鍵字、場景描述以及指定視頻素材文件，場景編輯可以對場景的各個要素進行編輯修改。
[0140]用戶管理模塊負責用戶帳號的管理，可以添加刪除用戶，給用戶賦予不同的權(quán)限。普通權(quán)限用戶只能進行推演演練，管理員用戶可以進行場景和試題的管理操作。
[0141](I)建筑編輯器:主要編輯精細建筑模型的地震后效果。建筑編輯器中，可以給建筑物設(shè)置各種坍塌屬性。建筑強度，以及建筑受到各種等級的地震將會變成何種震后效果。場景編輯器中，可以調(diào)用建筑編輯器編輯好的建筑庫，通過各種建筑的組合共同構(gòu)建地震環(huán)境。
[0142](2)事件編輯器
[0143]事件編輯器主要針對于次生災(zāi)害(爆炸、火焰、濃煙、水災(zāi)、山體塌方等地震次生災(zāi)害)以及其他一些觸發(fā)事件(樓層塌陷、危險構(gòu)架塌陷)的制作和管理。事件編輯器設(shè)計的事件，可以由場景編輯器直接使用。
[0144]在場景編輯器中，需要將事件設(shè)定在相應(yīng)的位置，并且設(shè)置事件的觸發(fā)條件、影響范圍等。場景編輯器中所設(shè)定的事件，在虛擬指揮中心、虛擬救援系統(tǒng)、公眾應(yīng)急處置系統(tǒng)中均能激活使用。
[0145](3)人物角色編輯器[0146]主要針對于需要救援的角色和工作者角色進行編輯。角色由骨骼動畫人物組成，角色可以具有多套運動動作以及多套運動路徑。角色可以具有自身的對話腳本，當和用戶產(chǎn)生交流的時候?qū)崟r讀取對話腳本顯示在屏幕上，作為地震信息提供者。
[0147](4)物品編輯器
[0148]物品編輯器主要針對于(預(yù)制板、磚墻、阻擋石塊等需要和演練人員產(chǎn)生互動的物體)，物體可以具有物理屬性，可以設(shè)置其受到各種災(zāi)害的不同反應(yīng)。
[0149]編輯器使用者(教官)可以將物體旋轉(zhuǎn)、平移、縮放以搭建成為需要考核的樣式，教官可以設(shè)置每個物體是否可以搬移，以及搬移的順序和工具。同樣可以設(shè)置每個物體搬移順序或者工具使用錯誤時候的嚴重等級和考核分數(shù)。
[0150](5)觸發(fā)器
[0151]場景編輯器中可以在某些區(qū)域放置觸發(fā)器，觸發(fā)器用于對演練人員進入某些區(qū)域(危險區(qū)域、對話區(qū)域、事件觸發(fā)區(qū)域等)的響應(yīng)。觸發(fā)器有激活和不激活兩個狀態(tài)，可以通過外部腳本激活和禁止觸發(fā)器的激活狀態(tài)。
[0152]虛擬演練評估子系統(tǒng)
[0153]虛擬演練評估子系統(tǒng)負責根據(jù)想定的信息與受訓(xùn)者對特定想定的反應(yīng)，對受訓(xùn)者的能力進行評估。由系統(tǒng)自動判分，能夠明確評定量化指標的處置過程由系統(tǒng)自動打分，如針對某次地震災(zāi)害，應(yīng)該啟動的響應(yīng)級別、是否決定派遣救援隊和現(xiàn)場工作隊以及相應(yīng)的規(guī)模等，和評估專家介入的方式，評定標準模糊的處置過程由評估專家實時點評。
[0154]專家評估庫主要根據(jù)應(yīng)急演練要求，對受訓(xùn)者的受訓(xùn)效果進行點評，對評估標準、評分方法、評估內(nèi)容等進行規(guī)劃，全過程記錄學員的操作過程、事件處理后果、交互處置信息等內(nèi)容，便于系統(tǒng)自動和專家手動對模擬演練的過程、內(nèi)容、效果進行綜合的點評。
[0155]根據(jù)指標的評價方法的不同，評估指標體系中有定量指標和定性指標兩類，定量指標可以按照應(yīng)急處置過程的順序，系統(tǒng)自動對學員的操作和選擇進行量化評價，評價結(jié)果是唯一的；而定性指標是通過專家打分給出評定結(jié)果。
[0156]評估定量指標根據(jù)應(yīng)急演練的內(nèi)容，從突發(fā)事件處置的評分指標可以分為:包括事件發(fā)生、應(yīng)急反應(yīng)、應(yīng)急處置、擴大應(yīng)急、應(yīng)急結(jié)束等各個環(huán)節(jié)的決策和行動，考慮到一些貫穿全過程的應(yīng)急管理職能，增加信息管理和保障措施兩個評分指標。每個一級指標(共8項)又分解為不同的二級指標(共22項)，二級指標細化為三級指標(65項)。
[0157]1.事件發(fā)生
[0158]I)先期處置
[0159]>事件信息收集的完整性
[0160]>先期趕赴現(xiàn)場救援隊伍選擇
[0161]>救援路線選擇
[0162]>先期救援隊伍到場時間
[0163]>組織群眾自救、互救方案編制
[0164]2)接警時間
[0165]>報警受理時間
[0166]2.應(yīng)急反應(yīng)
[0167]I)預(yù)案啟動[0168]>是否啟動正確的預(yù)案
[0169]>是否啟動關(guān)聯(lián)的預(yù)案
[0170]2)社會動員
[0171]>社會動員范圍選擇
[0172]>社會動員措施
[0173]>社會動員途徑
[0174]3.應(yīng)急處置
[0175]1)處置準備
[0176]>現(xiàn)場指揮部組織結(jié)構(gòu)
[0177]?應(yīng)急隊伍調(diào)動和救援情況
[0178]>維護事發(fā)地區(qū)秩序情況
[0179]>事發(fā)地區(qū)交通保障情況
[0180]>事發(fā)地區(qū)人員疏散和群眾安置情況
[0181]>相關(guān)人員趕赴現(xiàn)場時間
[0182]>外部專家邀請及決策咨詢情況
[0183]2)現(xiàn)場處置
[0184]>處置方案的要素是否齊全
[0185]>現(xiàn)場協(xié)調(diào)的范圍
[0186]>處置執(zhí)行要到達的目標
[0187]3)外部聯(lián)系
[0188]>與相關(guān)部門聯(lián)系、溝通情況
[0189]>專家顧問組協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)情況
[0190]>協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)外部后勤支援部門情況
[0191]>協(xié)調(diào)聯(lián)絡(luò)周邊地方政府情況
[0192]4.擴大應(yīng)急
[0193]I)擴大判斷
[0194]>對事態(tài)擴大趨勢的判斷
[0195]>提聞應(yīng)急響應(yīng)級別
[0196]>對事件可能波及地區(qū)通報情況
[0197]>事態(tài)擴大時，對社會發(fā)出預(yù)警情況
[0198]2)指揮轉(zhuǎn)移
[0199]>不同應(yīng)急指揮部門間轉(zhuǎn)移、協(xié)調(diào)情況
[0200]>請求軍隊、武警參與處置工作情況
[0201]>需要進入緊急狀態(tài)時申請的情況
[0202]>進入緊急狀態(tài)的實施情況
[0203]5.應(yīng)急結(jié)束
[0204]1)結(jié)束判斷
[0205]>對處置工作完成判斷的情況
[0206]>對次生、衍生和事件危害被基本消除判斷的情況[0207]2)宣布結(jié)束
[0208]>宣布突發(fā)事件應(yīng)急結(jié)束的情況
[0209]>將應(yīng)急結(jié)束向社會發(fā)布的情況
[0210]6.信息管理
[0211]I)信息監(jiān)測和報告
[0212]>信息上報是否符合規(guī)定時間
[0213]>上報信息完整度
[0214]>涉密信息的管理
[0215]2)信息共享
[0216]:>需要請求就救援時，及時準確有效傳遞了事件相關(guān)信息
[0217]3)信息發(fā)布
[0218]>預(yù)測信息發(fā)布
[0219]>新聞發(fā)布稿和事件情況報告內(nèi)容
[0220]>與新聞媒體溝通途徑與步驟
[0221]7.保障措施
[0222]I)通訊保障
[0223]>有效保障了后方指揮中心和事發(fā)現(xiàn)場間的通訊
[0224]>有效保障了現(xiàn)場指揮體系內(nèi)的通訊
[0225]>及時有效恢復(fù)了被損壞的通訊設(shè)施
[0226]2)現(xiàn)場救援和工程搶險裝備保障
[0227]>有效保障了現(xiàn)場救援和工程搶險裝備、器材的需要
[0228]有效保障了現(xiàn)場指揮部對救援和搶險裝備的調(diào)度
[0229]3)應(yīng)急隊伍保障
[0230]>有效調(diào)動專業(yè)應(yīng)急隊伍參與事件處置
[0231]>有效保障志愿者隊伍參與事件處置
[0232]4)交通運輸保障
[0233]>有效保障了現(xiàn)場的可達性
[0234]:>有效調(diào)控了現(xiàn)場的交通組織
[0235]>有效恢復(fù)了損壞的交通線路，技術(shù)滿足了現(xiàn)場交通需要
[0236]5)醫(yī)療衛(wèi)生保障
[0237]>充分有效提供了現(xiàn)場搶救和院前急救
[0238]>及時充分有效提供了后續(xù)救治和專科治療
[0239]>及時有效做好了疾病控制和衛(wèi)生防疫工作
[0240]>有效防止和控制了災(zāi)區(qū)傳染病的爆發(fā)流行
[0241]>對事件發(fā)生地區(qū)技術(shù)充分提供了所需的藥品、醫(yī)療器材
[0242]6)治安保障
[0243]>有效控制了現(xiàn)場治安狀況，維護了公共次序
[0244]>有效實現(xiàn)了對重要場所、目標和救災(zāi)設(shè)施的警衛(wèi)
[0245]>有效維護了地區(qū)的社會穩(wěn)定[0246]>對現(xiàn)場有效完成滅火、排爆、清楚現(xiàn)場危險品等任務(wù)，避免了次生災(zāi)害的出現(xiàn)
[0247]7)物資保障
[0248]>有效滿足了現(xiàn)場或事發(fā)地區(qū)對救災(zāi)物資的需要
[0249]>及時有效防止了事發(fā)地區(qū)各項物資短缺現(xiàn)象的出現(xiàn)
[0250]8)資金保障
[0251]>有效滿足了應(yīng)急處置中的資金需求
[0252]評估定性指標根據(jù)應(yīng)急演練的需要重要體驗的內(nèi)容，對產(chǎn)于培訓(xùn)的人員從以下幾個方面進行評估:
[0253]1、控制事態(tài)方面:本著救治第一原則，評估是否通過有效的手段迅速而有效地遏制事態(tài)的擴大、升級、蔓延，控制事態(tài)的效果、成功率等。
[0254]2、分析研究方面:本著把握主要矛盾原則，評估在事件處置前對人員傷亡、財產(chǎn)損失、事件發(fā)生背景、事態(tài)發(fā)展趨勢、公眾在事件中的反應(yīng)、相關(guān)案例、相關(guān)預(yù)案的了解情況。
[0255]3、處置方案方面:本著機動權(quán)變原則，評估處置方案的可行性、全面性、專業(yè)性、科學性是否合理。
[0256]4、任務(wù)執(zhí)行方面:本著協(xié)調(diào)作戰(zhàn)原則，評估任務(wù)執(zhí)行是否到位、社會力量是否參與等方面內(nèi)容。
[0257]5、消息公開方面:本著新聞公開的原則，評估處理事件過程中對公眾發(fā)布的消息是否及時、消息發(fā)布時機是否合理、內(nèi)部交流是否暢通。
[0258]虛擬演練評估子系統(tǒng)根據(jù)評價指標體系的層次結(jié)構(gòu)，采取多層次模糊綜合評判法，建立起三級評價模型，其建立的方法如下:
[0259]建立三級評價指標層D單因素模糊評價評判矩陣R
[0260]確定評價因素集U
[0261]設(shè)UB、％、UD分別為評價指標體系中一級指標層、二級指標層、三級指標層的單因素集合，C層對應(yīng)22個單因素集合:
[0262]Uc — {UD1，UD2，UD3，Ud4，...，UD65}中 Uci — {UD1，UD2，UD3，Ud4，Ud5}、Uc2 — {UD6}、Uc3 —{UD7，UD8}、Uc22 — {UD65}
[0263]建立單因素模糊評判矩陣R
[0264]對評價因素U。中的各對評價因素集Ud中的各單因素做單因素評價，由于本指標體系中有定量指標和定性指標兩類，因此相對應(yīng)的單因素評價方法也有所不同，定量指標可以通過量測進行量化評價，因此評價結(jié)果是唯一、準確的；而定性指標是通過專家打分給出評定等級，如1、2、3、4、5分，然后統(tǒng)計出該指標被評定為I級、2級、3級、4級、5級的比例，為此確定該指標Ui對評價等級 ' 的隸屬度Ru ;首先建立Uc中單因素Udi的評價矩陣R1為:
[0265]
【權(quán)利要求】
1.一種地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)庫、連接數(shù)據(jù)庫的資源管理子系統(tǒng)、連接資源管理子系統(tǒng)的演練想定生成子系統(tǒng)、三維視景渲染子系統(tǒng)、建模與仿真子系統(tǒng)、演練記錄與回放子系統(tǒng)、虛擬演練評估子系統(tǒng)，以及連接三維視景渲染子系統(tǒng)的沉浸顯示與交互子系統(tǒng)和連接三維視景渲染子系統(tǒng)、沉浸顯示與交互子系統(tǒng)的多點音頻通訊子系統(tǒng)，所述演練想定生成子系統(tǒng)以領(lǐng)域統(tǒng)一的概念描述庫為背景，結(jié)合自然環(huán)境數(shù)據(jù)進行概念想定建模；然后概念想定模型通過地震災(zāi)害想定編輯器，結(jié)合實體模型數(shù)據(jù)，映射到可以運行的仿真想定模型進行仿真運行；所述沉浸顯示與交互子系統(tǒng)直接與受訓(xùn)者交互，使受訓(xùn)者能夠得到身臨其境的臨場感，并實時采集來自受訓(xùn)者的交互動作，并將交互動作信息傳遞給三維視景渲染子系統(tǒng)；所述三維視景渲染子系統(tǒng)實時渲染出不同破壞程度的建筑物分布范圍，倒塌建筑物的各種狀態(tài)、地震次生災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展過程、不同虛擬角色的動作情況，并傳遞給沉浸顯示與交互子系統(tǒng)呈現(xiàn)給受訓(xùn)者，接收來自受訓(xùn)者的交互動作信息，并實時做出響應(yīng)；建模與仿真子系統(tǒng)生成虛擬演練所需要的各種模型，并實時運行這些模型，模型運行的結(jié)果提交給三維視景渲染子系統(tǒng)，并接收三維視景渲染子系統(tǒng)的實時反饋信息，根據(jù)反饋信息建立新的模型運行結(jié)果，再實時提交給三維視景渲染子系統(tǒng)；虛擬演練記錄與回放子系統(tǒng)記錄受訓(xùn)者的演練過程，并通過資源管理子系統(tǒng)存儲到數(shù)據(jù)庫中，或提出存儲的受訓(xùn)者演練過程回放；所述虛擬演練評估子系統(tǒng)根據(jù)想定的信息與受訓(xùn)者對特定想定的反應(yīng)，對受訓(xùn)者的能力進行評估，自動判分或評估專家評定。
2.根據(jù)權(quán)力要求I所述的地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述資源管理子系統(tǒng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理和文件數(shù)據(jù)庫管理兩種方式對數(shù)據(jù)進行管理，所述關(guān)系數(shù)據(jù)庫用來管理系統(tǒng)中的信息類數(shù)據(jù)，包括震情信息、基本知識、推演知識、人員帳戶信息、震例、試題數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)力要求I所述的地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述演練想定生成子系統(tǒng)分為三個層次，底層的各種規(guī)范和協(xié)議；中間層的想定方法；高層是想定的應(yīng)用，針對不同的背景定制不同的想定編輯器；所述中間層要符合底層提出的規(guī)范和協(xié)議，所述高層的應(yīng)用要符合中間層的描述方法和接口，以便信息共享。
4.根據(jù)權(quán)力要求I所述的地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述演練想定生成子系統(tǒng)分為概念想定編輯器、仿真想定編輯器、分布仿真運行管理器。
5.根據(jù)權(quán)力要求I所述的地震應(yīng)急演練虛擬仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述建模與仿真子系統(tǒng)中虛擬環(huán)境的三維建模是整個三維視景生成系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，主要包括三維視覺建模和三維聽覺建模，以3D Studio MAX和Maya的建模為基礎(chǔ)，再導(dǎo)入VR-Platform虛擬現(xiàn)實平臺中，從而制作地震災(zāi)害的虛擬場景。
【文檔編號】G06F17/50GK103970920SQ201310044413
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】周柏賈, 賈群林 申請人:周柏賈, 賈群林