消防仿真交互水枪的制作方法

本实用新型涉及一种仿真水枪vr虚拟现实技术领域，具体的说，是涉及一种消防仿真交互水枪。

背景技术：

虚拟现实技术在消防训练中的一个关键优势是，它可以创建复杂多变的火场环境，而不会将受训者置于任何真正的危险之中，但带来的音视觉效果会让人感觉身临其境，因此结合具体的消防装备进行模拟化训练显得尤为重要，近年来，诸多高校及科研机构都开发出了基于虚拟现实技术的消防训练系统，但在交互设备的使用方面，就消防水枪而言存在以下不足：(1)在有些仿真系统中直接使用htc公司的vive手柄与虚拟现实场景中的水枪进行互动，导致训练体验感低、训练效果差。(2)部分仿真交互水枪在训练场景中只与固定着火点对应，并且当水流大小调整时，场景画面不能实时更新，实时交互性差。(3)部分仿真交互水枪功能单一，只模拟出了直流喷射效果，没有模拟开花水和喷雾水效果，降低了受训人员针对不同场景使用不同效果水流进行灭火的训练体验。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种结构简单，具有触觉、视觉感知、喷水功能多样的结合vivetracker追踪器的提高仿真交互效果的消防仿真交互水枪。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种消防仿真交互水枪，包括枪体外壳，枪体外壳中心设置有空腔，枪体外壳上设置有枪体握把、流态调节器开关、流量调节器开关、马蹄形环形水流开关，空腔内设置有流态调节器传感器、流量调节传感器和开闭控制传感器；

枪体外壳沿圆周方向设置有凹槽，凹槽贯穿枪体外壳侧壁与空腔相连通；凹槽包括：中部凹槽和前端凹槽；

流态调节器开关呈圆环状，套装在中部凹槽的外表面；

流态调节器开关宽度大于中部凹槽宽度；

中部凹槽两侧沿圆周方向设置有导向凹槽；

流态调节器开关内表面导向凸起内侧设置有流态调节器拨动开关，流态调节器拨动开关与设置在空腔中部的霍尔角度传感器相连接；

流量调节器开关呈圆环状，套装在前端凹槽的外表面；

流量调节器开关宽度大于前端凹槽宽度；

前端凹槽两侧沿圆周方向设置有导向凹槽；

流量调节器开关内表面导向凸起内侧设置有流量调节器拨动开关，流态调节器拨动开关与设置在前部空腔内的霍尔角度传感器相连接；

枪体外壳中部设置有安装孔；

安装孔贯穿枪体外壳侧壁与空腔相连通；

安装孔内设置有固定销轴；

马蹄形环形水流开关通过固定销轴与枪体外壳相连接；

固定销轴与设置在空腔内的开闭控制传感器相连接；

枪体外壳出水口处安装有vivetracker追踪器；

流态调节器传感器、流量调节传感器和开闭控制传感器输出信号通过信号转换电路与计算机相连接。

所述流态调节器传感器为霍尔角度传感器，流态调节器传感器轴线与枪体外壳轴线重合。

所述流态调节器开关内表面设置有导向凸起；导向凸起嵌入导向凹槽内；流态调节器开关在外力作用下围绕枪体外壳旋转。

所述流量调节器传感器为霍尔角度传感器，流量调节器传感器轴线与枪体外壳轴线重合。

所述流量调节器开关内表面设置有导向凸起；导向凸起嵌入导向凹槽内；流量调节器开关在外力作用下围绕枪体外壳旋转。

所述开闭控制传感器为霍尔角度传感器；

开闭控制传感器轴线与枪体外壳中心线相垂直。

所述流态调节器开关设置在枪体外壳出水口内侧；流量调节器开关设置在枪体外壳中部。

本实用新型相对现有技术的有益效果：

本实用新型消防仿真交互水枪，利用steamvr平台搭建虚拟消防训练场景，结合vivetracker追踪器取代了大多数模拟训练系统用于训练的手柄装置，并且用霍尔角度传感器提取流态、流量、开闭三个部分的旋转角度数据，在场景中随着操作实时更新水流的形态、流量、大小及开闭，创新地实现了水枪与vr场景的交互，能让受训者在一个带入感强、交互性好、沉浸性高且没有危险的火灾场景中，针对不同的需求实现不同流态、不同流量的喷射训练。

附图说明

图1是本实用新型消防仿真交互水枪的结构示意图；

图2是本实用新型消防仿真交互水枪的枪体外壳结构示意图。

附图中主要部件符号说明：

图中：

1、枪体外壳2、枪体握把

3、流态调节器开关4、流量调节器开关

5、马蹄形环形水流开关6、中部凹槽

7、前端凹槽8、安装孔

9、vivetracker追踪器10、枪体出水口。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本实用新型进行详细的说明：

附图1和2可知，一种消防仿真交互水枪，包括枪体外壳1，枪体外壳中心设置有空腔，枪体外壳上设置有枪体握把2、流态调节器开关3、流量调节器开关4、马蹄形环形水流开关5，空腔内设置有流态调节器传感器、流量调节传感器和开闭控制传感器；

枪体外壳沿圆周方向设置有凹槽，凹槽贯穿枪体外壳侧壁与空腔相连通；凹槽包括：中部凹槽6和前端凹槽7；

流态调节器开关呈圆环状，套装在中部凹槽的外表面；

流态调节器开关宽度大于中部凹槽宽度；

中部凹槽两侧沿圆周方向设置有导向凹槽；

流态调节器开关内表面导向凸起内侧设置有流态调节器拨动开关，流态调节器拨动开关与设置在空腔中部的霍尔角度传感器相连接；

流量调节器开关呈圆环状，套装在前端凹槽的外表面；

流量调节器开关宽度大于前端凹槽宽度；

前端凹槽两侧沿圆周方向设置有导向凹槽；

流量调节器开关内表面导向凸起内侧设置有流量调节器拨动开关，流态调节器拨动开关与设置在前部空腔内的霍尔角度传感器相连接；

枪体外壳中部设置有安装孔8；

安装孔贯穿枪体外壳侧壁与空腔相连通；

安装孔内设置有固定销轴；

马蹄形环形水流开关通过固定销轴与枪体外壳相连接；

固定销轴与设置在空腔内的开闭控制传感器相连接；

枪体外壳出水口10安装有vivetracker追踪器；

流态调节器传感器、流量调节传感器和开闭控制传感器输出信号通过信号转换电路与计算机相连接。

所述流态调节器传感器为霍尔角度传感器，流态调节器传感器轴线与枪体外壳轴线重合。

所述流态调节器开关内表面设置有导向凸起；导向凸起嵌入导向凹槽内；流态调节器开关在外力作用下围绕枪体外壳旋转。

所述流量调节器传感器为霍尔角度传感器，流量调节器传感器轴线与枪体外壳轴线重合。

所述流量调节器开关内表面设置有导向凸起；导向凸起嵌入导向凹槽内；流量调节器开关在外力作用下围绕枪体外壳旋转。

所述开闭控制传感器为霍尔角度传感器；

开闭控制传感器轴线与枪体外壳中心线相垂直。

所述流态调节器开关设置在枪体外壳出水口内侧；流量调节器开关设置在枪体外壳中部。

本实用新型消防仿真交互水枪，利用steamvr平台搭建虚拟消防训练场景，结合vivetracker取代了大多数模拟训练系统原来用于训练的手柄装置，并且用霍尔角度传感器提取流态、流量、开闭三个部分的旋转数据，在场景中随着操作实时更新水流形态、流量、大小，开闭创新地实现了水枪与vr场景的交互，能让受训者在一个带入感强、交互性好、沉浸性高且没有危险的火灾场景中，针对不同的需求实现不同流态、不同流量的喷射训练。

利用3dsmax建模软件参照多功能水枪实体进行仿真水枪建模，包含枪体，枪体握把、流态调节器开关、流量调节器开关、马蹄形环形水流开关等有关部件零部件。

零部件通过form23d打印机进行打印，流态调节器开关内侧连接固定霍尔角度传感器，用于提取流态调节器角度变化信号。

流量调节器开关内侧连接固定霍尔角度传感器，用于提取流量调节器角度变化信号。

马蹄形环形水流开关为u型磁铁状内侧连接固定霍尔角度传感器，用于提取马蹄形环形水流开关角度变化信号。

霍尔角度传感器均采用lw120a型号，采用mems制造工艺，通过dsp数字信号处理，对线性度修正、温度补偿、依量程输出信号标准化、数字滤波、零点设置、多段不同斜率设置的可编程智能控制，实现0～360°范围内，用户设定角度0～5v，0～10v电压输出位置的测量。

霍尔角度传感器设置在水枪壳体内侧，霍尔角度传感器磁钢的方向一直不变，当水枪壳体转动时，粘贴在壳体内侧的霍尔元件跟着一起转动，此时，磁钢相对壳体的位置将发生变化，因此穿过霍尔元件的磁场也发生相应的变化，霍尔元件的输出电压将变化。

因为壳体转过的角度与霍尔元件相对壳体的位置是对应的，所以壳体转过的角度与霍尔元件输出电压也是对应的，使用时，保持轴水平将传感器安装在被测物体上，旋转开关在垂直于传感器转轴方向倾斜时，其相对的倾斜角就是壳体的转角，通过检测霍尔元件的输出电压即可测量此倾角，输出电压经过信号转换电路板，电信号被转换成了数字信号后，经过rs-232接口传输到计算机，即可获取水枪转动数据。

含单片机的信号转换电路板由所连接的电源线供电，同时连接着仿真交互水枪上的传感器，以及构建火灾场景的计算机。电路板收集到变化的电信号后，进一步地，将电信号转换成计算机可识别的数字信号，通过rs232串口将数字信号传输至计算机，用于计算机获取角度变化信息。

vivetracker追踪器作为vivevr系列产品的配件，可以通过绑定现实世界中的物体，来追踪物体的位置，本实用新型的仿真水枪交互装置枪头处与vivetracker追踪器连接，一是给水枪的操作留下必要空间，二是便于水枪在虚拟现实场景中的定位，可以让受训者持仿真交互水枪在定位的空间内进行前后左右的探索和行进，从而进行训练。

本实用新型消防仿真交互水枪是消防仿真交互水枪训练系统的一部分。消防仿真交互水枪训练系统，包括htcvive公司旗下用于虚拟现实体验的交互设备，头戴显示器，用于向眼睛发送光学信号，为受训者呈现出火灾场景，受训者可晃动头部改变视角方向，实现360°的视角转换；定位器，用于限定虚拟场景训练范围，防止受训人员超出训练范围受伤，受训者戴上头戴显示器，即可定位处于限定场景中与vivetracker装置连接的仿真交互水枪。

训练系统的火灾场景由unity3d引擎搭建，虚拟场景中的水枪由3dsmax建模并导入场景中，场景可以根据不同的训练需求自行搭建。

训练系统的火灾场景中的火焰、烟雾、水流效果均由unity3d的粒子系统(particlesystem)实现，在粒子系统中为原始粒子添加相应的火焰、烟雾、水流材质及贴图，调节粒子的生命周期(lifetime)、颜色变化(coloroverlifetime)粒子大小(startsize)属性参数即可模拟出火焰及浓烟效果，水流还需调节改变水流形态的形状(shape)属性，并固定在虚拟水枪头部。

训练系统需要在unity官方商店中下载并导入steamvrplugin插件，将plugin插件中的camerarig放入场景中，结合vive头戴显示器，在unity界面点击运行，即可以进入基于steamvr的虚拟现实交互场景；在camera上添加音效组件模拟出水枪出水时的声音效果，最大限度的使训练场景更为逼真。

仿真交互水枪连接好vivetracker追踪器并在定位场景中与steamvr匹配成功后，添加“steamvr_tracked_object”脚本至虚拟水枪物体，此时移动tracker追踪器，水枪会随着移动，受训者可以通过旋转水枪前端的水枪流态调节器，面对不同的场景霍尔角度传感器及调用c#代码操纵交互水枪，实现针对不同火灾场景直流、开花、喷雾三种水流效果的切换；通过旋转流量调节器，实现水流量的控制；通过马蹄形环形水流开关控制水枪的开闭。

对固定在把手上端与枪体外壳交界处的环形马蹄形调节器进行调节，可以控制水流的开闭，当把手向逆时针转动时，霍尔角度传感器的磁场发生变化，相对输出电压发生变化，电压信号通过传感器连接线以及信号转换器电路板装换成数字信号——水流开闭角度变化信息，从而控制交互水枪水流的开闭。

固定在水枪壳体上的流量调节器进行调节，当逆时针旋转流量调节器时，霍尔角度传感器的磁场发生变化，相对输出电压发生变化，电压信号通过传感器连接线以及信号转换器电路板得到数字信号——流量开关角度变化信息，从而在steamvr场景中呈现不同的流量效果。

固定在枪体前端的流态调节器进行调节，当逆时针旋转流态调节器时，霍尔角度传感器的磁场发生变化，相对输出电压发生变化，电压信号通过传感器连接线以及信号转换器电路板得到数字信号——角度变化信息，从而在steamvr虚拟现实场景中呈现不同的流态效果。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的结构作任何形式上的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型的技术方案范围内。