虚拟现实技术在土木工程中的应用探索—推土机模拟驾驶系统

1.主题描述    本作品是基于虚拟现实技术的推土机模拟训练驾驶系统，通过HTC VIVE等设备进行沉浸式交互体验。作品旨在探索虚拟现实技术在土木工程建设中的作用，以推土机为切入点，通过VR进行推土机的虚拟教学和训练，并最终需要驾驶员在一定时间和条件限制下完成建设任务，提高驾驶员的技术熟练度和应对紧急情况的能力。 本系统主要分为三个板块，分别是模拟驾驶模式、训练模式和实战模式。模拟驾驶模式下，驾驶员将身临其境地驾驶着推土机，通过对各种驾驶操作的反复训练，提高操作的熟练度和技术水平。训练模式下，驾驶员将驾驶着推土机完成一定施工训练，这个模式是建立在模拟驾驶基础上的，当驾驶员对推土机驾驶十分熟练之后，通过具体的施工任务训练，进一步提高操作水平以及临场反应能力，提高施工实战能力。实战模式下，驾驶员将进入具体的施工场景施工，在这个模式下，将有时间和条件限制，会发生各种突发状况，需要驾驶员利用熟练的操作经验以及高超的技术完成一系列施工操作，这也是驾驶员对自己水平的检验，如果无法完成，就需要再进入模拟驾驶模式和训练模式加强训练。 系统功能模块详见图1。 图 1功能模块 图 2~3 设备调试 图 4~5 系统体验 2.功能模块具体描述 (1) 模拟驾驶模式      模拟驾驶模式中，将提供一台推土机供驾驶员操作，驾驶员借助VR设备即可身临其境地进行驾驶训练。本系统配有详细的操作指南说明，对使用者非常友好。对于初学者，可以通过模拟驾驶模式熟悉操作环境，进行基础操作的学习和训练。对于有一定经验的的使用者，可以通过本系统巩固和进一步提升操作技巧。传统的推土机训练限于设备和场地的限制，无法灵活地满足每一个驾驶员的训练需求，借助VR技术，搭建虚拟场景，可以不受时空和资源限制，随时随地就能进行训练，提高了效率，同时降低了风险。 图 6 操作指南 图 7~11 模拟驾驶界面 （2）训练模式      在训练模式中，使用者将驾驶推土机进行一定的施工作业，这不仅仅考验了驾驶员对工程车辆驾驶的熟练度，也考验了驾驶员的驾驶技术和临场反应能力，通过施工实战训练，能丰富驾驶员的经验，进一步提高技术水准，尤其对于初学者来说，通过VR进行施工训练，既大大提高了安全性，又不必顾忌场地条件和时间约束，训练机会更多，提升速度更快。 图 12 训练模式界面 （3）实战模式       实战模式下，我们将模拟火神山医院和雷神山医院的建造施工场景，需要驾驶员在一定时间和条件限制下完成施工任务。今年，在新冠疫情突如其来的袭击下，党中央迅速做出决策，并在极短时间内建成了火神山、雷神山两座医院，让世界再次见证了中国速度。两所医院能在极短时间内建成并交付使用，与施工工人的高水平密不可分。一方面，通过模拟紧急情况下的施工任务，可以进一步锻炼驾驶员的应对能力和操作水平，同时，通过实战可以让驾驶员发现自身的不足，进一步明确训练方向。另一方面，经常对突发情况进行模拟演练，可以培养工人们的忧患意识，积累经验，防患于未然，等到有真实的紧急施工任务时，可以处变不惊，快速高质量地完成对应的施工任务。通过VR进行模拟演练，成本低，效率高，沉浸感和交互性好，安全性高。 图 13~15  实战模式界面 （图片见邮箱附件）