基于虛擬現實的火災逃生系統研究

王飛凡 張桂霞

摘 要：火災是人們一直不能輕視的問題，它給人們的生命財產帶來直接的威脅，火災逃生知識成為了人們必須要掌握的，在現實生活中，火災逃生演練需要的場地和花費通常很大，近年來虛擬現實技術的迅速發展，可以讓我們通過虛擬現實技術建設出虛擬的火災場景，人們可以通過虛擬現實技術，更直觀的體驗火災現場，提高學習興趣，學會逃生，進行火災安全教育，更形象地學習火災逃生知識。

關鍵詞：虛擬現實;火災逃生

引言

通過消防部門的統計，大部分致命火災發生在居民住宅，暴露出有些居民不懂火災逃生方法導致不幸遇難，在火災迅速蔓延的時候，學習火災逃生方法更能有效幫助我們保護自己的生命安全，依照火災案例，通過虛擬現實技術建設一個交互火災逃生系統，使人們掌握火災逃生方法。

1 火災逃生教育的現狀

現代生活中，人們不可能去親身經歷火災事故的真實場景，由于模擬場地的限制，我們常常無法完成在不同場景發生的火災逃生演練，有時也只能通過專業的消防人員講解和觀看火災逃生的教育視頻來了解火災逃生知識，當真正火災發生時也很難做出正確的判斷，火災事故的發生頻率也越來越高，現場環境越來越復雜。用傳統逃生訓練方式訓練，不但存在很多的局限性，而且消耗了巨大的人力、財力、物力，產生的效果不理想，普通大眾還沒有多少參與感，學習不到火災逃生必備的技術。

2 虛擬現實技術簡介

虛擬現實技術（Virtual Reality，縮寫為VR），又稱靈境技術，誕生于美國，起初是應用在軍事領域，是20世紀迅速發展的集計算機、電子信息、仿真技術技術于一身的新興產業，它的表現形式就是通過計算機模擬虛擬的環境給人一種沉浸感。虛擬現實技術也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術領域，虛擬現實技術就是將現實和虛擬相互結合起來。人們可以看到計算機中建設的虛擬場景，可以在計算機中建設出各種各樣不同三維建模，使人足不出戶也可以游覽各種風光，給人一種身臨其境的感覺，運用各種輸出設備在虛擬空間里進行互動，具有交互性，在教育中，節省很多人力和物力，與傳統教育不同，可以給學習者打造生動逼真的環境。

3 基于虛擬現實技術的火災逃生系統建設

3.1 場景建設

通過MAYA和3DS MAX軟件對事故現場三維場景進行建模，包括家具的建設，場景的部署，各種消防設備的模具，調整燈光的效果，煙霧和火焰的效果可以增強用戶的體驗感，可以通過粒子動畫近似模擬出效果。

3.2 人物建設

虛擬角色豐富的動作能增強虛擬現實效果，與虛擬現實場景的互動更加真實，虛擬人物的建設運用3D MAX軟件完成，對虛擬人物加入骨骼系統，進而可以完成更多關于火災逃生的動作在系統的交互。

3.3 交互建設

結合火災逃生的方法，在逃生的過程中，通過語言提示做出相應的動作進行交互，在逃生的過程中，會有各種模具有其他的互動，當學習者使用模具發生錯誤時，會出現相應的語音提示幫助學習者完成正確的步驟，最后通過正確的引導逃離火災現場。當操作者走到有門的位置前，可以模擬手推或拉門動作將門打開，消防用的卷簾門在火災的情況下自動開啟與關閉模擬各類防火工具的使用; 操作者可以使用建筑內的所有消防器材進行滅火的操作，消防設備的使用方法完全模擬真實生活中的設備;屋內的門窗數量，模擬現實中的門窗來進行打開和關閉，也可通過敲碎逃生，此過程會受傷影響生命值，電梯的模擬，選擇是否進入該場景，根據常識，發生火災時是不能進入電梯的，所以進入電梯后，逃生就失敗了。

3.4聲音采集與動畫的設計

3.4.1 聲音采集

通過錄音器將逃生過程中出現的提示語言，物體燃燒的聲音以及人們驚慌地聲音導入Adobe Audition中進行裁剪將音頻導入，達到真實的效果。

3.4.2 動畫設計

虛擬角色的控制及其重要，通過編寫代碼，學習者可以通過互動設備操控虛擬角色，在火災中逃生，虛擬角色在火災中逃生觸發到一些特殊動畫，比如過程中發現自己的財務，選擇拿取還是繼續逃離，進行細致的處理和通過語音的提示讓人們能夠發現到并做出正確的做法

4 結論

由于外在因素的限制，火災逃生的現場在現實中很難實現，逃生演習也一直不被人們所重視，即使有專業人士的指導，學習者能夠完成逃生演練中正確的動作，在情況緊急時，特別是面對真實的火場，逃生演練中學習的動作不一定能夠化解危機。分析火災案例后，采用虛擬現實技術輔助火災逃生的方法，建設虛擬場景，編制了動畫程序，采集了聲效。用戶可以通過此系統直觀感受火場場景，運用虛擬角色進行動作，可以自主嘗試，在虛擬環境中進行逃生演練，出現操作錯誤也能不會傷害身體，并能夠自主領悟正確的逃生方法，學習效果更佳。

實驗表明，在虛擬現實場景中允許用戶直觀體驗“高風險火災”，由于系統具有高效的交互性，能夠有效地調動學習興趣，為火災逃生教育提供了一種新方式。

參考文獻：

[1]李陽，范則森，權力濤.基于虛擬現實技術的公共建筑火災逃生系統研究[J].決策探索（中），2018（09）：35-36.

[2]謝海明，劉箴.基于虛擬現實技術的居家火災逃生系統的研究[J].系統仿真學報，2012，24（01）：108-112.

作者簡介：

王飛凡，2000年4月，男 ，漢，山東威海，本科，學士，數字媒體技術方向

張桂霞，1980年9月，女，漢，山東濟南，副教授，碩士，數字媒體技術方向

基金：2019年度山東協和學院實驗室開放項目“基于虛擬現實技術的火災逃生系統研究” （編號：2019SYKF39）。