摘  要：VR是一种通过计算机生成虚拟环境通过佩戴相应设备使人完全沉浸在虚拟环境中的技术，AR是将虚拟内容叠加进现实，实现人与虚拟内容的互动的技术。随着时代的发展VR和AR的发展速度加快，目前已经应用于游戏、军事、医疗、销售、生产、教育等众多行业和领域，得到了大众认可。本文介绍了基于基于增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的沉浸式人员及设备安全培训系统，在构造的虚拟环境中进行训练和学习，旨在增强工作人员的认知，重理论灌输轻实践操作，打造沉浸式体验与模拟实操环境，优化教育培训模式，为现代化安全教育培训提供了可参考可操作的实际应用。

关键词：增强现实（AR）；虚拟现实（VR）；安全培训系统

引言

安全问题一直是工作和生活的重中之重，一旦发生安全问题不仅极易造成大量的经济损失，还严重威胁到人的生命安全，传统的安全培训与真实现场有巨大差异，无法培训出较强的应变能力和决策能力。因此，本文基于VR+AR技术设计虚拟培训系统，生成更加真实的交互式三维动态视景和实体行为，给受训人员提供虚拟操作环境，优化教育培训模式，从而能够安全有效地进行安全培训，增强处理实时遇到的问题的能力。

1增强现实技术（AR）

增强现实技术（AR）是在虚拟现实技术发展的基础上演变而来的一种仿真技术[1]，它综合了计算机视觉、传感器技术、计算机图形学、三维建模技术、互联网技术、人机交互技术等，具有三维注册、虚实融合和实时交互等三个特征[2]

1.1AR技术在安全培训系统中的应用

在安全培训中应用增强现实技术，其优势体现在多个方面，比如：成本下降：根据课程培训内容而言，AR技术可以在很大程度上减少其成本投资，该技术能够给出虚拟设备，并且设备具有3D特征，工作人员可以更轻松地控制和操纵3D模型，查看设备细节。提高兴趣：增强现实技术可以将人们从2D平面内容中获取信息的方式转变为逼真的3D虚拟信息，增强现实可以利用实时沟通、交互，使得工作人员体验更有趣，让信息获取更为便捷。降低培训时长，操作人员在操作设备前必须了解和学习设备的理论基础。然后，必须进行模拟生产，这既浪费时间又增加了成本。使用增强现实技术的培训系统可以大大减少培训时间。[3]

2虚拟现实技术（VR）

虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它可以利用计算机将真实环境生成为一种模拟环境，使参与者不接触真实环境便可产生一种身临其境、真实体验的三维动态视景和实体行为体验。与3D场景相比，VR技术增加了参与者的深度介入，使人们能够身临其境，明显增加人们的参与度与感知度。

2.1VR技术在安全培训系统中的应用

将VR技术引人安全培训中来，通过人机交互技术以及触觉反馈技术，令受训者在虚拟空间中进行模拟操作，以安全的、有视觉效果的和人机互动的方式身临其境，使得培训效果大大提髙，实现了学员沉浸式培训体验。同时打破了传统培训的时间、空间限制，培训者可以用设备可在任意地点、任意时刻进行培训，缩短了短培训周期，提升了培训效率，节约了培训成本。根据现场典型工作任务及现场环境，构建基于VR技术的安全培训系统，可对学员的综合能力进行培训、考核、分析。系统操作能提高相关岗位人员对设备认知、巡检、操作、异常及故障处理的能力，保障了人与设备的安全。

3电缆接头制作虚拟培训系统模块设计

3.1场景构建

首先需要对现场环境进行现场图片和尺寸采集，然后采用三维建模软件在计算机中建立与实景相似的场景环境。在实现过程中，可将实际拍摄照片进行纹理贴图，并根据尺寸建立几何关系，可将其中的物体进行属性修订从而完成场景构建。

3.2动作捕捉

运用ST-GCN算法进行基于人体骨架关键点的人员动作识别分析。首先制作基于大量标准操作动作数据的训练集，使用训练集特征训练分类器；其次对人员培训中的动作进行识别分类。利用Open Pose对视频中人体进行姿态估计，提取视频中基于骨骼的特征数据，并在骨骼序列上构建时空图。[4]

3.3培训系统建模特点

１）所有设备算法均依据物理机理建立；

２）采用模块搭建原理构造模型；

３）图形化方式构建模型；

４）具有多层封装模型功能；

５）可以在线修改、调试模型；

６）可以方便地扩展算法库，并定义算法图元

4结论

基于虚拟现实（ＶＲ）技术和增强现实（AR）的安全培训系统采用先进的软硬件技术，在系统功能方面立足现场的实际情况，同时解决了传统管理中很多人工难以解决的问题。从而达到更好的培训效果。通过AR+VR实现了三维沉浸式的巡视、漫游、操作。减少了人工和材料损耗，实现了信息数据的自动生成，最终实现人员和设备安全培训。

参考文献：

[1]赵阳，何汉武，吴悦明，等.增强现实交互环境下发动机装配序列呈现方法研究与实现[J].装备制造术，2015（4）：146-148.

[2]魏巍，冯蓬勃，陈峥廷，等.增强现实辅助装配技术综述[J].包装工程，2021，42（14）：108-118.

[3]张昌.基于增强现实（AR）的化工生产装备培训系统关键技术研究[D].淮阴工学院，2020.DOI：10.27944/d.cnki.ghygy.2020.000062.

[4]王亮，郭海涛，齐宏斌，等.基于VR+AR技术的电缆接头制作虚拟培训系统设计[J].电子技术应用，2022，48（02）：60-64.DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211291.