VR技術在電梯從業安全培訓中的應用研究

羅 綱 朱 霞

（成都紡織高等專科學校機械工程學院 四川成都 610023 ）

引 言

隨著我國國家實力的增長和經濟水平的快速發展，城市中高層住宅數量不斷增加，且樓層高度也越來越高，對電梯的需求量隨之快速增長。目前我國電梯在保有量、年產量、增長絕對值等數據上已位列世界第一。由此，電梯行業對電梯從業人員的需求量逐年增加。目前我國電梯從業人員數量與實際需求上還存在很大的缺口。如何保質保量地完成從業人員的安全培訓是關系整個行業發展的重要問題， 而電梯從業人員從業環境有其特殊性，它具有動態性、高空作業、高危性。無論是設備本身狀態的不可預知性，還是現場作業環境的復雜性都存在著諸多潛在的危險因素，如果從業人員缺乏規范的職業行為和安全風險意識，很容易造成安裝及檢修檢驗過程中的自身傷害，因此加強電梯行業從業人員的安全培訓工作意義重大。

1 存在的問題

目前在電梯從業人員安全培訓中培訓素材較少，多數局限于PPT、圖片、普通視頻等，很多培訓機構的安全培訓多數存在教條式的說教，只是簡單將事故陳述一下，程序性羅列幾點造成事故的原因和違反安全準則的條款，很難深入培訓人員內心，形成深刻印象。部分人員培訓過后就遺忘了，在實際現場工作中很有可能違反相關安全準則及條款，造成事故重演。如何提升從業人員安全意識，在現場操作中自覺遵守安全行為準則，是電梯行業安全培訓中急需解決的問題。

VR（虛擬現實技術Virtual Reality Technique，簡 稱 VR)作為一門新 興的技術，其應用已從游戲機和主題游樂園擴展到 了工業、商業、醫學和軍事等多個領域。 虛擬現實，并不是真實的世界，而是一種可交 互的環境，人們可通過計算機等各種媒介進入該環 境與之交流和互動。從超脫不同的應用背景來看，VR技術是把抽象、復雜的計算機數據空間轉化為直觀的、用戶熟悉的事物。它的技術實質在于提供一種高級的人機接口。利用 V R 技術所產生的局部世界是人造和虛構的，并非是真實的，但當用戶進入這一局部世界時，在感覺上與現實世界卻是基本相同的。因此，虛擬現實技術改變了人與計算機之間枯燥、生硬和被動的現狀，給用戶提供了一個趨于人性化的虛擬信息空間[1]。

2 虛擬現實技術在電梯從業安全培訓中的優勢

在電梯從業人員培訓中將VR技術與電梯結構認識及安全培訓相結合，將這項技術的優勢發揮出來并讓人們體驗到非常逼真的現實效果，對提升培訓人員的感知度及記憶力，具有積極意義。

2.1 良好的沉浸性

VR利用計算機產生的三維立體圖像，讓人置身于一種虛擬環境中，就像在真實的客觀世界中一樣，能給人一種身臨其境的感覺，這對在電梯從業安全培訓中提高學員認知度，形成深刻記憶具有極大的幫助。試想學員置身于一個全真的虛擬環境，親眼看見因自身不規范的操作行為導致的安全事故，以及事故所帶來的嚴重后果，必然能在學員腦海中形成難以抹去的印象。

2.2 有效交互性

在計算機生成的這種虛擬環境中，學員可以利用一些傳感設備進行交互，感覺就像是在真實客觀世界中一樣[2]。比如：當用戶用手去抓取虛擬環境中的物體時，手就有握東西的感覺，而且可感覺到物體的重量；學員可以利用如數據手套等設備虛擬現場操作，在虛擬環境中完成諸如電梯安裝、日常維護、故障維修等現場操作。這既能提升學員現場操作的熟練程度，還可防范新學員因業務不熟悉在培訓中造成安全事故。

2.3 良好的想象力

虛擬環境可使學員沉浸其中并且獲取新的知識，提高感性和理性認識，從而使學員深化概念和萌發新的聯想[3]，因而可以說，虛擬現實技術可以啟發人的創造性思維。并且系統可以建立數據云庫，各地學員均可在數據云庫中上傳及下載在虛擬現場操作中生成的安全事故數據，做到數據共享、經驗共享。

3 虛擬現實技術在電梯從業安全培訓中的應用方案

3.1 交互式安全培訓系統架構設計

交互式電梯從業安全培訓系統實現過程為，學員戴上VR頭盔，首先進入交互界面系統，學員可按需求選擇學習項目。如果只是認識電梯結構可進入數字化電梯全景展示目錄中，以全景模式觀看電梯零部件結構及全數字三維結構。并可使用數據手套選擇其中任何零部件單獨分析及研究。學員若選擇自我仿真操作模式，則進入電梯工作項目操作模塊，可選擇電梯的安裝、故障檢修、日常維保等項工作環境進行仿真操作。在操作過程中學員利用數據手套虛擬進行電梯安裝、維護保養、故障檢修等現場操作，系統通過推演機對學員的操作過程進行評定，若有違反安全操作規程的地方，則系統將該動作計入違規操作庫中，操作正確的計入正確操作庫中，操作完成后，再由系統推理機進行總體操作評估；若操作完全正確則系統判定完成該項操作任務； 若推理機評估為違規，則推理機分析將造成的電梯安全事故，并告知學員。學員選擇體驗事故，則系統將模擬事故環境播放事故VR視頻，讓學員體驗全真的事故場景，讓學員模擬感受事故造成的危害等。學員還可回放自身操作過程，并由推理機給出錯誤操作列表，從而加深學員對安全操作規范的認識。系統的數據放入數據云庫，各地培訓機構均可通過安全密碼從數據云庫中下載和上傳數據，各地培訓機構只需安裝終端操作系統即可。

圖1 交互式電梯從業安全培訓系統架構

3.2 軟件實現

系統軟件的開發可采用Unity3D進行開發，Unity3D是由Unity Technologies開發創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化[4]、實時三維動畫等類型互動內容的多平臺的綜合型游戲開發工具，是一個全面整合的專業游戲引擎，完全可實現系統要求的功能選項。

3.3 硬件配置

（1）虛擬現實頭盔 虛擬現實頭盔是利用人的左右眼獲取信息差異，引導用戶產生一種身在虛擬環境中的感覺的一種頭盔立體顯示器[5]。其顯示原理是左右眼屏幕分別顯示左右眼的圖像，人眼獲取這種帶有差異的信息后在腦海中產生立體感。虛擬現實頭盔作為虛擬現實的顯示設備，具有小巧和封閉性強的特點，在軍事訓練、虛擬駕駛、虛擬城市等項目中具有廣泛的應用。學員戴上頭盔可身臨其境體驗全真的現場操作環境，及體驗事故危害。

（2）數據手套 數據手套是一種多模式的虛擬現實硬件，通過軟件編程，可進行虛擬場景中物體的抓取、移動、旋轉等動作[6]。這種結合手指彎曲度測試和空間定位測試的數據手套被稱為“真實手套”，可以為用戶提供一種非常真實自然的三維交互手段。學員戴上數據手套可以在虛擬系統中進行諸如電梯安裝、日常維護、故障檢修等現場操作。

（3）高性能計算機 VR需要高級的硬件配置來呈現逼真和精致的畫面。基本要求為酷睿i5-4590及以上8GB以上內存，NVIDIA GTX 970（桌面PC）或GTX 980（筆記本）以上Windows 7 SP1及更高2 × USB， 3.01 × HDMI 1.3高清接口。

結 論

虛擬現實技術是一門具有很大潛力的前瞻性科學技術[7]，雖然目前已在一些領域實際應用中比較成功，但總體上仍處于初級發展階段，隨著相關技術的新發展，虛擬現實技術將會在未來的各個領域發揮更大的影響和作用。結合其技術特性，在電梯從業安全培訓領域將會有極大發展前景。