VR技术在电梯从业安全培训中的应用研究

罗 纲 朱 霞

（成都纺织高等专科学校机械工程学院 四川成都 610023 ）

引 言

随着我国国家实力的增长和经济水平的快速发展，城市中高层住宅数量不断增加，且楼层高度也越来越高，对电梯的需求量随之快速增长。目前我国电梯在保有量、年产量、增长绝对值等数据上已位列世界第一。由此，电梯行业对电梯从业人员的需求量逐年增加。目前我国电梯从业人员数量与实际需求上还存在很大的缺口。如何保质保量地完成从业人员的安全培训是关系整个行业发展的重要问题， 而电梯从业人员从业环境有其特殊性，它具有动态性、高空作业、高危性。无论是设备本身状态的不可预知性，还是现场作业环境的复杂性都存在着诸多潜在的危险因素，如果从业人员缺乏规范的职业行为和安全风险意识，很容易造成安装及检修检验过程中的自身伤害，因此加强电梯行业从业人员的安全培训工作意义重大。

1 存在的问题

目前在电梯从业人员安全培训中培训素材较少，多数局限于PPT、图片、普通视频等，很多培训机构的安全培训多数存在教条式的说教，只是简单将事故陈述一下，程序性罗列几点造成事故的原因和违反安全准则的条款，很难深入培训人员内心，形成深刻印象。部分人员培训过后就遗忘了，在实际现场工作中很有可能违反相关安全准则及条款，造成事故重演。如何提升从业人员安全意识，在现场操作中自觉遵守安全行为准则，是电梯行业安全培训中急需解决的问题。

VR（虚拟现实技术Virtual Reality Technique，简 称 VR)作为一门新 兴的技术，其应用已从游戏机和主题游乐园扩展到 了工业、商业、医学和军事等多个领域。 虚拟现实，并不是真实的世界，而是一种可交 互的环境，人们可通过计算机等各种媒介进入该环 境与之交流和互动。从超脱不同的应用背景来看，VR技术是把抽象、复杂的计算机数据空间转化为直观的、用户熟悉的事物。它的技术实质在于提供一种高级的人机接口。利用 V R 技术所产生的局部世界是人造和虚构的，并非是真实的，但当用户进入这一局部世界时，在感觉上与现实世界却是基本相同的。因此，虚拟现实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间[1]。

2 虚拟现实技术在电梯从业安全培训中的优势

在电梯从业人员培训中将VR技术与电梯结构认识及安全培训相结合，将这项技术的优势发挥出来并让人们体验到非常逼真的现实效果，对提升培训人员的感知度及记忆力，具有积极意义。

2.1 良好的沉浸性

VR利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉，这对在电梯从业安全培训中提高学员认知度，形成深刻记忆具有极大的帮助。试想学员置身于一个全真的虚拟环境，亲眼看见因自身不规范的操作行为导致的安全事故，以及事故所带来的严重后果，必然能在学员脑海中形成难以抹去的印象。

2.2 有效交互性

在计算机生成的这种虚拟环境中，学员可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样[2]。比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量；学员可以利用如数据手套等设备虚拟现场操作，在虚拟环境中完成诸如电梯安装、日常维护、故障维修等现场操作。这既能提升学员现场操作的熟练程度，还可防范新学员因业务不熟悉在培训中造成安全事故。

2.3 良好的想象力

虚拟环境可使学员沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使学员深化概念和萌发新的联想[3]，因而可以说，虚拟现实技术可以启发人的创造性思维。并且系统可以建立数据云库，各地学员均可在数据云库中上传及下载在虚拟现场操作中生成的安全事故数据，做到数据共享、经验共享。

3 虚拟现实技术在电梯从业安全培训中的应用方案

3.1 交互式安全培训系统架构设计

交互式电梯从业安全培训系统实现过程为，学员戴上VR头盔，首先进入交互界面系统，学员可按需求选择学习项目。如果只是认识电梯结构可进入数字化电梯全景展示目录中，以全景模式观看电梯零部件结构及全数字三维结构。并可使用数据手套选择其中任何零部件单独分析及研究。学员若选择自我仿真操作模式，则进入电梯工作项目操作模块，可选择电梯的安装、故障检修、日常维保等项工作环境进行仿真操作。在操作过程中学员利用数据手套虚拟进行电梯安装、维护保养、故障检修等现场操作，系统通过推演机对学员的操作过程进行评定，若有违反安全操作规程的地方，则系统将该动作计入违规操作库中，操作正确的计入正确操作库中，操作完成后，再由系统推理机进行总体操作评估；若操作完全正确则系统判定完成该项操作任务； 若推理机评估为违规，则推理机分析将造成的电梯安全事故，并告知学员。学员选择体验事故，则系统将模拟事故环境播放事故VR视频，让学员体验全真的事故场景，让学员模拟感受事故造成的危害等。学员还可回放自身操作过程，并由推理机给出错误操作列表，从而加深学员对安全操作规范的认识。系统的数据放入数据云库，各地培训机构均可通过安全密码从数据云库中下载和上传数据，各地培训机构只需安装终端操作系统即可。

图1 交互式电梯从业安全培训系统架构

3.2 软件实现

系统软件的开发可采用Unity3D进行开发，Unity3D是由Unity Technologies开发创建诸如三维视频游戏、建筑可视化[4]、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎，完全可实现系统要求的功能选项。

3.3 硬件配置

（1）虚拟现实头盔 虚拟现实头盔是利用人的左右眼获取信息差异，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉的一种头盔立体显示器[5]。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。虚拟现实头盔作为虚拟现实的显示设备，具有小巧和封闭性强的特点，在军事训练、虚拟驾驶、虚拟城市等项目中具有广泛的应用。学员戴上头盔可身临其境体验全真的现场操作环境，及体验事故危害。

（2）数据手套 数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作[6]。这种结合手指弯曲度测试和空间定位测试的数据手套被称为“真实手套”，可以为用户提供一种非常真实自然的三维交互手段。学员戴上数据手套可以在虚拟系统中进行诸如电梯安装、日常维护、故障检修等现场操作。

（3）高性能计算机 VR需要高级的硬件配置来呈现逼真和精致的画面。基本要求为酷睿i5-4590及以上8GB以上内存，NVIDIA GTX 970（桌面PC）或GTX 980（笔记本）以上Windows 7 SP1及更高2 × USB， 3.01 × HDMI 1.3高清接口。

结 论

虚拟现实技术是一门具有很大潜力的前瞻性科学技术[7]，虽然目前已在一些领域实际应用中比较成功，但总体上仍处于初级发展阶段，随着相关技术的新发展，虚拟现实技术将会在未来的各个领域发挥更大的影响和作用。结合其技术特性，在电梯从业安全培训领域将会有极大发展前景。