虛擬現實技術在消防戰訓工作中的應用

唐斌

（九江市公安消防支隊廬山區消防大隊，江西 九江 332000）

隨著城市建設的迅猛發展，高層建筑、地下建筑、大型化工企業等各種新型建筑不斷涌現，使消防工作面臨了新的挑戰，各類建筑火災的發生和發展越來越復雜，給滅火救援工作帶來巨大的困難。將虛擬現實技術引入到消防戰訓工作中，有利于解決消防工作中的這些新問題。

1 虛擬現實技術的概述

虛擬現實(VirtualReality，簡稱VR)技術是指利用人工智能、計算機圖形學、人機接口、多媒體、計算機網絡及電子、機械、視聽等高新技術，模擬人在特定環境中的視、聽、動等行為的高級人機交互技術。這種技術的特點在于計算機創建了一種適人化的多維信息空間，這種虛擬的環境是通過計算機圖形構成的三維數字模型，并編制到計算機中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環境，從而使得在視覺上產生一種沉浸于這個環境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環境及事物的內在變化，使用者不僅能夠通過虛擬現實系統感受到在客觀物理世界中所經歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經歷的體驗。

2 虛擬現實技術在消防戰訓工作中的意義和發展方向

由于虛擬現實中的場景是虛構的，因此，它既可以是真實世界中場景的重現，也可以是完全虛構的場景。利用虛擬現實技術，可以解決許多按傳統方法難以或者無法解決的問題。

2.1 虛擬現實技術可以使過去以體能、技能和程序化模式相結合的訓練法轉變為體能、技能、智能和親身體會實戰相結合的仿真模式訓練法，讓作戰人員感覺到像直接進人火災事故現場一樣。我們通過場景模擬技術，動態實時的立體聽覺生成技術，三維定位、方向、觸覺反饋傳感技術，利用計算機對火場的各種參數進行合成處理，按照滅火預案基本的組織指揮程序，把任務以數字的方式反映到人的大腦中，按照各自的分工和職能展開滅火作戰。應用虛擬現實技術最重要的一點是實施滅火作戰過程中可以完成對指戰人員火場作戰中的體能、智能、技能以及心理素質測試虛擬現實技術的應用將會大大提高訓練的效能比；虛擬現實技術的應用將使全體指戰員積累應付火災的豐富經驗，特別針對一些不能正常開展的劇毒性、危險性科目的訓練，虛擬現實技術的應用可以取得良好的訓練效果。

2.2 滅火作戰預案可以在火災時幫助消防部門了解建筑物的位置、內部結構、使用性質、人員、疏散出口和消防設施等情況，研究可能的起火情形及迅速制訂合理的作戰方案，提高現場作戰指揮的效率和能力。傳統的消防預案主要通過文字與二維平面圖描述建筑物的相關信息和作戰部署，對于一些內部結構比較復雜的建筑，難以充分和直觀地表現內外部的空間結構特點，也難以描述火勢和煙霧在建筑內部的發展和蔓延過程。另外，傳統的消防預案還缺乏足夠的分析功能，例如難以對火勢、煙霧的發展和蔓延進行即時分析和預測，難以對消防設備的使用情況進行即時查詢、統計和優化，難以評估建筑內部火和煙霧的蔓延對人員疏散的影響等。為了使消防戰士熟悉滅火作戰方案和消防設備的操控，保證火災發生時滅火作戰方案能夠得到順利實施，需要舉行消防作戰演習。類似地，為了保證火災中人員能夠及時安全疏散，以及檢查疏散過程中可能出現的問題（例如建筑內部空間過于復雜，疏散標志不夠明顯等），還需要舉行緊急疏散演習。然而，滅火作戰演習和緊急疏散演習都存在成本高昂、可重復性差的問題，而且，若在演習中添加火焰和煙霧的效果，以考慮火和煙霧對滅火作戰和緊急疏散的影響，則在一定程度上可能造成事故，具有一定的危險性。虛擬現實技術為解決上述問題提供了新途徑，帶來了消防領域工作方式和觀念的變革。

3 實現虛擬現實的關鍵技術

在實際應用中，我們利用了虛擬現實可視化的特點，使用3D模型達到事物的仿真，結合數據庫技術，建立模擬仿真系統并將其應用于工作中。

3.1 三維建模

根據現有的照片、平面圖紙、遙感照片等原始的二維圖片，使用3DMAX等工具構建模型。三維模型是虛擬現實實現過程的第一步，建模的工具多種多樣，常用的工具有3DMAX、MAYA、JAVA3D、AUTOCAD、OPENG L、DIRECTX等免費3D開發程序等等。

3.2 場景制作

場景制作是利用處理好的模型，構建場景，需要考察真實環境，利用虛擬現實軟件對現有模型進行重新組合，對場景規劃布局、添加綠化、設置動畫路徑、編輯互動操作界面等，最后進行發布。3D場景可實現真實環境的仿真，實現簡單的人機交互。

3.3 模型與數據庫二次開發

模型與數據庫經過二次開發所形成的虛擬現實軟件產品是3D模型的深層應用，也是虛擬現實技術應用的目標。使用VR技術與多媒體及可視化技術相結合，可以創造一種虛擬的真實環境，可以將孤單的數據公式、計算數值用完全真實的立體效果表示出來，并且人們可以交互式地控制這種表示結果，可以通過動態改變參數來觀察計算結果。基礎模型必須與數據庫結合，才能實現三維圖形與應用數據的統一管理、動態管理。

3.4 三維實時交互和視景管理軟件

三維實時交互和視景管理軟件又稱為三維引擎，是用戶開發應用程序的支持工具。引擎的基本功能是三維數據庫的實時顯示，提供控制三維數據庫中的各種參數的接口，封裝圖形、聲音的實現平臺。同時，引擎還為復雜的應用如碰撞檢測、智能目標、景物動態生成等提供內部支持。

3.5 以模型驅動的應用程序開發

用戶程序的開發主要是針對各種典型火災場景和滅火預案，建立描述虛擬環境中景物多種特征的模型，并將這些模型分解為對三維數據庫的控制，并通過引擎提供的各種實現所需要的控制。另外，還要進行交互過程設計，用戶界面設計及評價系統設計，最終實現整個系統的集成。

4 虛擬現實技術運用于消防戰訓工作面臨的困難

從技術層面上來說，虛擬現實技術確實能夠輔助消防戰訓工作，解決很多現實問題，但就目前國內消防部隊的實際情況而言，要想在消防戰訓工作中運用虛擬現實技術還存在不少的困難和障礙。

一是虛擬現實技術推廣的成本較高，不是每支消防部隊都有條件購買并投入使用；二是虛擬現實技術的實現是一項龐大的系統工程，雖然消防部隊近些年引進了不少計算機專業人才，但現實人員配備不論從專業水平還是數量上都遠遠不能滿足需求；三是國內在虛擬現實研究方面剛剛起步，技術上并不是很成熟，還需要進一步的探究和摸索。

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