阅读说明：本技术 基于vr的新能源汽车安全教育虚拟体验系统及其使用方法 (New-energy automobile safety education virtual experience system and its application method based on VR ) 是由 李立 张艺 汪贵平 雷旭 朱进玉 张汉勋 关丽敏 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统及其使用方法,体验者站在体感低音频振动台上,操作手柄选择事故场景模块,虚拟现实头戴式显示设备显示选择的事故场景模块中的会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息,根据提示信息继续操作,虚拟现实头戴式显示设备显示发生安全事故时的虚拟场景,同时,工业控制计算机接收事故声音模块发送的事故声音信息,并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台,工业控制计算机控制体感低音频振动台振动。本发明能模拟新能源汽车在维修过程中存在的安全隐患,还原事故现场,给予体验者警示作用；规范体验者在维修新能源汽车过程中的操作,降低新能源汽车维修过程中事故发生的可能性。(The invention discloses new-energy automobile safety education virtual experience systems and its application method based on VR, experiencer stands on body-sensing bass shake table, operation handle selects accident scene module, virtual reality head-mounted display apparatus shows that the meeting in the accident scene module of selection causes the text prompt information of the faulty operation of automobile safety accident, continue to operate according to prompt information, virtual scene when safety accident occurs for the display of virtual reality head-mounted display apparatus, simultaneously, industrial control computer receives the accident acoustic information that accident sound module is sent, and the accident acoustic information received is sent to body-sensing bass shake table, industrial control computer controls the vibration of body-sensing bass shake table.The present invention can simulate new-energy automobile security risk present in maintenance process, restore the scene of the accident, give experiencer's warning function；Operation of specification experiencer during repairing new-energy automobile reduces a possibility that accident occurs in new-energy automobile maintenance process.)

基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统及其使用方法

技术领域

本发明属于实验教学领域，具体涉及基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统及其使用方法。

背景技术

近年来，随着社会经济的发展以及人民生活水平的提高，汽车已越来越多地走入寻常百姓家，随着汽车保有量的不断增加，汽车消耗也在不断增加。同时，汽车排放造成的环境污染已成为各城市大气污染的主要原因，发展新能源汽车便成了重中之重。目前，我国新能源汽车发展十分迅速，各大车企纷纷投身新能源汽车的研发和销售中，新能源汽车的产量从2014年开始进入井喷状态，增长速度超过15％，增长率估计后期还会增加，市场前景十分广阔。

与新能源汽车的快速发展相比，新能源汽车领域相关人才的培养，还是处于相对迟滞的状态中。与传统汽车成熟的产业化相比，新能源汽车缺乏相关的体系，人才缺口尤其是相关技术维修人才缺口巨大，估计到2025年，相关人才缺口会达到百万左右，相关人才培养迫在眉睫。

目前，相关高职院校的教学仍停留在传统的培训方式上：课堂上讲授相关的理论知识，播放网络上的事故视频给学生警示，课下组织相关学员集体在实训车间进行集体讲授或者分批次地进行拆装。但是，这种传统的培训方式存在明显不足：实际操作时存在高压电、汽车举升和接触易燃物等状况，有严重的安全隐患。这些安全隐患往往无法通过传统教学直接展示给学员，因而学员也无法直观、深刻地认识到错误操作的危险性；若以教学为目的制造安全事故作为演示，则演示成本过高；若使用网络上的事故视频作为教学素材，学员无法近距离感受事故现场的震撼性，印象不够深刻，难以实现教学目标。每当这些安全隐患造成事故时，必将导致严重后果。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明提供了基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统及其使用方法，其目的在于提高学员学习兴趣，使学员在学习过程中集中注意力，提升学习效果，且能还原事故现场，给予体验者警示作用，规范体验者在维修新能源汽车过程中的操作，提高体验者在实操中的安全意识。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统，包括：主机、串流盒、虚拟现实头戴式显示设备、工业控制计算机、体感低音频振动台和操作手柄；

所述主机包括事故场景模块和事故声音模块，所述事故场景模块用于构建汽车发生安全事故时的虚拟场景，且所述事故场景模块中设置有会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示以及避免引发汽车安全事故的正确操作的文字提示；所述事故声音模块用于设置与事故场景对应的模拟事故声音；

所述串流盒与所述主机连接，用于接收所述事故场景模块发送的汽车发生安全事故时的虚拟场景信息、会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息和避免引发汽车安全事故的正确操作的文字提示信息；

所述虚拟现实头戴式显示设备与所述串流盒连接，用于显示事故场景模块构建的汽车发生安全事故时的虚拟场景、会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息和避免引发汽车安全事故的正确操作的文字提示信息；

所述工业控制计算机分别与所述主机和所述体感低音频振动台连接，所述工业控制计算机用于接收所述事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给所述体感低音频振动台，所述体感低音频振动台用于将接收到事故声音信息转换为振动频率，并通过所述工业控制计算机控制所述体感低音频振动台振动；

所述操作手柄与所述主机连接，用于实现虚拟环境下的人机交互操作。

进一步地，还包括视频分配器；

所述虚拟现实头戴式显示设备包括一个主虚拟现实头戴式显示设备和若干分虚拟现实头戴式显示设备，所述主虚拟现实头戴式显示设备与所述串流盒连接，所述串流盒与所述视频分配器连接，每个所述分虚拟现实头戴式显示设备均与所述视频分配器连接，每个所述分虚拟现实头戴式显示设备显示内容与所述主虚拟现实头戴式显示设备显示内容一致。

进一步地，还包括音频分配器和扬声器；

所述工业控制计算机与所述音频分配器连接，所述音频分配器与所述体感低音频振动台连接，所述音频分配器用于将音频信号分配到所述体感低音频振动台；

所述扬声器与所述主机连接，所述扬声器用于播放事故声音。

进一步地，还包括激光***，所述激光***分别与所述主机和所述虚拟现实头戴式显示设备通过激光进行通信，所述激光***用于限定虚拟场景的作用范围。

进一步地，所述事故场景模块包括举升机坠落事故场景模块、高压触电事故场景模块、火灾事故场景模块、冷媒瓶***事故场景模块和撞车事故场景模块。

进一步地，所述操作手柄与所述主机通过激光信号相连。

进一步地，所述工业控制计算机通过网线与所述主机连接。

一种基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统的使用方法为：启动体验系统，体验者站在所述体感低音频振动台上，通过所述操作手柄选择事故场景模块，所述虚拟现实头戴式显示设备显示选择的事故场景模块中的会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息，根据会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息继续操作，所述虚拟现实头戴式显示设备显示发生安全事故时的虚拟场景，同时，所述工业控制计算机接收所述事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给所述体感低音频振动台，所述体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由所述工业控制计算机控制所述体感低音频振动台振动。

进一步地，学生站在所述体感低音频振动台上，并佩戴所述分虚拟现实头戴式显示设备，老师佩戴所述主虚拟现实头戴式显示设备，并通过所述操作手柄选择事故场景模块，通过所述视频分配器将主虚拟现实头戴式显示设备显示的内容分配到每个所述分虚拟现实头戴式显示设备显示；所述扬声器播放事故声音。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明一种基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统，体验者站在体感低音频振动台上，通过操作手柄选择事故场景模块，虚拟现实头戴式显示设备显示选择的事故场景模块中的会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息，根据会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息继续操作，虚拟现实头戴式显示设备显示发生安全事故时的虚拟场景，同时，工业控制计算机接收事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由工业控制计算机控制体感低音频振动台振动。可见，本发明使用VR技术，提高学员学习兴趣，通过真实震撼的场景使学员在学习过程中集中注意力，提升学习效果；能通过虚拟仿真技术模拟新能源汽车在维修过程中存在的安全隐患，还原事故现场，给予体验者警示作用；规范体验者在维修新能源汽车过程中的操作，提高体验者在实操中的安全意识，从而降低新能源汽车维修过程中事故发生的可能性；且本发明能够降低事故展示成本，将无法展示或展示成本高的事故场景通过VR技术直接展示出来，而几乎不消耗任何人力或物力。综上，本发明能通过虚拟仿真技术模拟新能源汽车在维修过程中存在的安全隐患，还原事故现场，给予体验者警示作用；规范体验者在维修新能源汽车过程中的操作，提高体验者在实操中的安全意识，从而降低新能源汽车维修过程中事故发生的可能性。

进一步地，虚拟现实头戴式显示设备包括一个主虚拟现实头戴式显示设备和若干分虚拟现实头戴式显示设备，主虚拟现实头戴式显示设备与串流盒连接，串流盒与视频分配器连接，每个分虚拟现实头戴式显示设备均与视频分配器连接，这样的设计能够实现学生站在体感低音频振动台上，并佩戴分虚拟现实头戴式显示设备，老师佩戴主虚拟现实头戴式显示设备，并通过操作手柄选择事故场景模块，通过视频分配器将主虚拟现实头戴式显示设备显示的内容分配到每个分虚拟现实头戴式显示设备显示。即老师根据实际教学情况，能够对教学内容进行灵活改变，视频分配器可将虚拟现实头戴式主显示设备的视野实时转换到分显示设备的视野中，实现一人操作多人观看的功能。

进一步地，扬声器播放事故发生时的声音，增强了学生的真实体验感，事故还原度高，给予体验者警示作用，更好的规范体验者在维修新能源汽车过程中的操作，提高体验者在实操中的安全意识，从而降低新能源汽车维修过程中事故发生的可能性。

进一步地，激光***负责界定虚拟现实头戴式显示设备的使用范围，为体验者指定活动范围，同时将信号发射到头戴式设备和操控手柄。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为VR软件基本构架图；

图2为VR程序的制作流程图；

图3为新能源汽车安全教育虚拟体验系统的程序流图；

图4为新能源汽车安全教育虚拟体验系统的工作原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统，包括：主机、串流盒、虚拟现实头戴式显示设备、工业控制计算机、体感低音频振动台、操作手柄、视频分配器、音频分配器和激光***；

主机包括事故场景模块和事故声音模块，事故场景模块用于构建汽车发生安全事故时的虚拟场景，且事故场景模块中设置有会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示以及避免引发汽车安全事故的正确操作的文字提示；事故声音模块用于设置与事故场景对应的模拟事故声音。

串流盒与主机连接，串流盒通过HDMI和USB接口实现虚拟现实头戴式显示设备与主机的通信，串流盒用于接收事故场景模块发送的汽车发生安全事故时的虚拟场景信息、会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息和避免引发汽车安全事故的正确操作的文字提示信息。

虚拟现实头戴式显示设备用于显示事故场景模块构建的汽车发生安全事故时的虚拟场景、会引发汽车安全事故的错误操作的文字提示信息和避免引发汽车安全事故的正确操作的文字提示信息；虚拟现实头戴式显示设备包括一个主虚拟现实头戴式显示设备和若干分虚拟现实头戴式显示设备，主虚拟现实头戴式显示设备与串流盒连接，串流盒与视频分配器连接，每个分虚拟现实头戴式显示设备均与视频分配器连接，每个分虚拟现实头戴式显示设备显示内容与主虚拟现实头戴式显示设备显示内容一致。在应用中，学生佩戴分虚拟现实头戴式显示设备，老师佩戴主虚拟现实头戴式显示设备，并通过操作手柄选择事故场景模块，通过视频分配器将主虚拟现实头戴式显示设备显示的内容分配到每个分虚拟现实头戴式显示设备显示。

工业控制计算机分别与主机和体感低音频振动台连接，工业控制计算机用于接收事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台用于将接收到事故声音信息转换为振动频率，并通过工业控制计算机控制体感低音频振动台振动；具体的，体感低音频振动台包括若干个功率放大器，控制计算机通过网线与主机连接，工业控制计算机与音频分配器连接，音频分配器与没每个功率放大器连接，音频分配器用于将音频信号分配到体感低音频振动台上的每个功率放大器，功率放大器用于将音频信号放大使体感低音频振动台振动效果好。本实施例中，设置有四个功率放大器。

激光***分别与主机和虚拟现实头戴式显示设备通过激光进行通信，激光***用于限定虚拟场景的作用范围。激光***通过红外线确定头戴式显示设备的位置。

操作手柄与主机通过激光信号相连，用于实现虚拟环境下的人机交互操作。操控手柄负责实现体验者通过激光***与VR软件模块之间的交互，一方面，接受体验者的控制信号，并将信号传递给激光***，再由激光***将信号传给主机，触发相应程序；另一方面，VR软件模块将响应程序传给激光***，激光***控制手柄产生振动，增强使用者的体验感。

作为本发明的某一优选实施例，包括扬声器，扬声器与主机连接，扬声器用于播放事故声音。

本实施例中，事故场景模块包括举升机坠落事故场景模块、高压触电事故场景模块、火灾事故场景模块、冷媒瓶***事故场景模块和撞车事故场景模块。

具体的，在进行举升机坠落事故场景体验时，体验者佩戴虚拟现实头戴式显示设备站在体感低音频振动台上，通过操作手柄选择举升机坠落事故场景模块，虚拟现实头戴式显示设备显示选择的举升机坠落事故场景模块中的会引发举升机坠落事故的错误操作的文字提示信息，体验者根据会引发举升机坠落事故的错误操作的文字提示信息继续操作，虚拟现实头戴式显示设备显示发生举升机坠落事故时的虚拟场景，虚拟场景中举升机自上而下砸到体验者，同时，工业控制计算机接收对应的事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由工业控制计算机控制体感低音频振动台振动；通过震撼效果警示体验者在实操中要避免进行类似的错误操作。场景结束后给出正确操作的语音及文字提示。

同理，在进行高压触电事故场景体验时，体验者佩戴虚拟现实头戴式显示设备站在体感低音频振动台上，通过操作手柄选择高压触电事故场景模块，虚拟现实头戴式显示设备显示选择的高压触电事故场景模块中的会引发高压触电事故的错误操作的文字提示信息，体验者根据会引发高压触电事故的错误操作的文字提示信息继续操作，虚拟现实头戴式显示设备显示由于操作不当被新能源汽车内的高压直流电电击身亡的虚拟场景，同时，工业控制计算机接收对应的事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由工业控制计算机控制体感低音频振动台振动；通过震撼效果警示体验者在实操中要避免进行类似的错误操作。场景结束后给出正确操作的语音及文字提示。

在进行火灾事故场景体验时，体验者佩戴虚拟现实头戴式显示设备站在体感低音频振动台上，通过操作手柄选择火灾事故场景模块，虚拟现实头戴式显示设备显示选择的火灾事故场景模块中的会引发火灾事故的错误操作的文字提示信息，体验者根据会引发火灾事故的错误操作的文字提示信息继续操作，虚拟现实头戴式显示设备显示发生火灾事故时的虚拟场景，虚拟场景中新能源汽车在体验者面前着火并***，同时，工业控制计算机接收对应的事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由工业控制计算机控制体感低音频振动台振动；通过震撼效果警示体验者在实操中要避免进行类似的错误操作。场景结束后给出正确操作的语音及文字提示。

在进行冷媒瓶***事故场景体验时，体验者佩戴虚拟现实头戴式显示设备站在体感低音频振动台上，通过操作手柄选择冷媒瓶***事故场景模块，虚拟现实头戴式显示设备显示选择的冷媒瓶***事故场景模块中的会引发冷媒瓶***事故的错误操作的文字提示信息，体验者根据会引发冷媒瓶***事故的错误操作的文字提示信息继续操作，虚拟现实头戴式显示设备显示发生冷媒瓶***事故时的虚拟场景，虚拟场景中新能源汽车的冷媒瓶在体验者面前***，同时，工业控制计算机接收对应的事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由工业控制计算机控制体感低音频振动台振动；通过震撼效果警示体验者在实操中要避免进行类似的错误操作。场景结束后给出正确操作的语音及文字提示。

在进行撞车事故场景体验时，体验者佩戴虚拟现实头戴式显示设备站在体感低音频振动台上，通过操作手柄选择撞车事故场景模块，虚拟现实头戴式显示设备显示选择的撞车事故场景模块中的会引发撞车事故的错误操作的文字提示信息，体验者根据会引发撞车事故的错误操作的文字提示信息继续操作，虚拟现实头戴式显示设备显示发生撞车事故时的虚拟场景，虚拟场景中新能源汽车撞向体验者，同时，工业控制计算机接收对应的事故声音模块发送的事故声音信息，并将接收到的事故声音信息发送给体感低音频振动台，体感低音频振动台将接收到事故声音信息转换为振动频率，并由工业控制计算机控制体感低音频振动台振动；通过震撼效果警示体验者在实操中要避免进行类似的错误操作。场景结束后给出正确操作的语音及文字提示。

如图1所示，本发明一种基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统，包括了举升机坠落、高压触电、火灾事故、冷媒瓶***和撞车事故五种事故场景。这五部分涵盖了新能源汽车实际检修过程中危险性最高的事故类型，同时概况了造成这五类事故的错误操作。举升机坠落事故通常发生在举升车辆之前未固定好定位销的情况；高压触电事故发生在检修之前未断开维修开关的情况；火灾事故发生在进行充电前未完成充电检验的情况；冷媒瓶***事故发生在添加冷媒方式错误的情况；撞车事故发生在维修过程中停靠位置不稳定且未拉手刹的情况。通过这些场景使得体验者对安全操作过程有明确的认知，避免在实操过程中造成无法挽回的危险。

如图2所示，VR程序的制作流程图，包括车身结构、维修工具、车间设备等设施，首先对上述模型进行测量，使用三维建模软件SolidWorks建立1：1模型，将其导出成所有类型文件；将SolidWorks导出的文件导入3ds MAX进行测试，经测试SAT格式文件为最优模型；将所有SAT格式文件导入3ds MAX进行模型优化和贴图，然后将车辆的部件模型按照实际进行装配，装配完成后进行高低压走线，将走线完成的模型导出为FBX模型，其中所需的二维图像，均通过Photoshop进行处理；使用Unity先进行场景空间的搭建，然后将FBX模型导入Unity的场景中，使用C#语言进行交互的程序编写，在场景的程序中导入SteamVR插件，设定操控手柄的触发时刻和震动时长；在指定时间通过TCP向工控机发出指令，工控机输出音频，音频信号经音频放大器放大后，带动体感低音频振动台震动。完成场景搭建、人与场景之间的交互后，最终生成VR软件。

如图3所示，新能源汽车安全教育虚拟体验系统的的工作流程为：首先登入系统，SteamVR进行虚拟现实头戴式显示设备、操控手柄的匹配和检验工作，一切正常后，进入场景选择页面；其次选择待体验的场景；进入相应场景后，点击开始，按照系统提示进行移动和操作；遇到需要判断的操作时，体验者需要自行选择下一步操作，如果选择的是正确操作，则能够按部就班完成所有操作，最终结束场景，如果选择的是错误操作，则会导致安全事故的发生，体验者会直观地感受事故现场的危险性，事故结束后，系统会给出正确操作的提示，最后结束场景。

如图4所示，新能源汽车安全教育虚拟体验系统的工作原理为：主机装有VR汽车拆装培训系统软件，所述的基于VR的新能源汽车安全教育虚拟体验系统包括举升机坠落、高压触电、火灾事故、冷媒瓶***、撞车事故五种事故场景。主机将信号发到串流盒和工控机上；串流盒接收从主机发来的信号，将信号发送给主虚拟现实头戴式显示设备，同时将信号通过分配器传递给各分显示设备上，主虚拟现实头戴式显示设备由老师佩戴，各分虚拟现实头戴式显示设备由学生佩戴，各自接受传递来的信号，用于在视野范围内显示1:1虚拟车间环境，从而实现一个主显示设备带动多个分显示设备，实现教学用途。同时工控机与主机通过网线连接并与音频分配器相连，接收来自主机的指令输出音频，并将音频信号传递给音频分配器；音频分配器与振动台相连，音频信号经放大后传递给振动台；驱动振动台接收传递来的音频信号，并将相应的音频信号转化为振动。操作手柄与主机和激光***通过激光信号进行通讯，用于实现虚拟环境下的人机交互操作；激光***与主机和虚拟现实头戴式显示设备通过激光进行通信，用于限定虚拟场景的作用范围。各个设备协同配合，为体验者提供一个接近真实的事故体验场景。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。