基于虛擬現(xiàn)實的火災(zāi)逃生系統(tǒng)研究

王飛凡 張桂霞

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

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;火災(zāi)逃生

引言

通過消防部門的統(tǒng)計，大部分致命火災(zāi)發(fā)生在居民住宅，暴露出有些居民不懂火災(zāi)逃生方法導致不幸遇難，在火災(zāi)迅速蔓延的時候，學習火災(zāi)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(zāi)案例，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)建設(shè)一個交互火災(zāi)逃生系統(tǒng)，使人們掌握火災(zāi)逃生方法。

1 火災(zāi)逃生教育的現(xiàn)狀

現(xiàn)代生活中，人們不可能去親身經(jīng)歷火災(zāi)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(fā)生的火災(zāi)逃生演練，有時也只能通過專業(yè)的消防人員講解和觀看火災(zāi)逃生的教育視頻來了解火災(zāi)逃生知識，當真正火災(zāi)發(fā)生時也很難做出正確的判斷，火災(zāi)事故的發(fā)生頻率也越來越高，現(xiàn)場環(huán)境越來越復雜。用傳統(tǒng)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(chǎn)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(zāi)逃生必備的技術(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，縮寫為VR），又稱靈境技術(shù)，誕生于美國，起初是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，是20世紀迅速發(fā)展的集計算機、電子信息、仿真技術(shù)技術(shù)于一身的新興產(chǎn)業(yè)，它的表現(xiàn)形式就是通過計算機模擬虛擬的環(huán)境給人一種沉浸感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術(shù)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就是將現(xiàn)實和虛擬相互結(jié)合起來。人們可以看到計算機中建設(shè)的虛擬場景，可以在計算機中建設(shè)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(shè)備在虛擬空間里進行互動，具有交互性，在教育中，節(jié)省很多人力和物力，與傳統(tǒng)教育不同，可以給學習者打造生動逼真的環(huán)境。

3 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的火災(zāi)逃生系統(tǒng)建設(shè)

3.1 場景建設(shè)

通過MAYA和3DS MAX軟件對事故現(xiàn)場三維場景進行建模，包括家具的建設(shè)，場景的部署，各種消防設(shè)備的模具，調(diào)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(shè)

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

3.3 交互建設(shè)

結(jié)合火災(zāi)逃生的方法，在逃生的過程中，通過語言提示做出相應(yīng)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(fā)生錯誤時，會出現(xiàn)相應(yīng)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(zāi)現(xiàn)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(zāi)的情況下自動開啟與關(guān)閉模擬各類防火工具的使用; 操作者可以使用建筑內(nèi)的所有消防器材進行滅火的操作，消防設(shè)備的使用方法完全模擬真實生活中的設(shè)備;屋內(nèi)的門窗數(shù)量，模擬現(xiàn)實中的門窗來進行打開和關(guān)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(jù)常識，發(fā)生火災(zāi)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(shè)計

3.4.1 聲音采集

通過錄音器將逃生過程中出現(xiàn)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(shè)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(shè)備操控虛擬角色，在火災(zāi)中逃生，虛擬角色在火災(zāi)中逃生觸發(fā)到一些特殊動畫，比如過程中發(fā)現(xiàn)自己的財務(wù)，選擇拿取還是繼續(xù)逃離，進行細致的處理和通過語音的提示讓人們能夠發(fā)現(xiàn)到并做出正確的做法

4 結(jié)論

由于外在因素的限制，火災(zāi)逃生的現(xiàn)場在現(xiàn)實中很難實現(xiàn)，逃生演習也一直不被人們所重視，即使有專業(yè)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(zāi)案例后，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助火災(zāi)逃生的方法，建設(shè)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(tǒng)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(huán)境中進行逃生演練，出現(xiàn)操作錯誤也能不會傷害身體，并能夠自主領(lǐng)悟正確的逃生方法，學習效果更佳。

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

參考文獻：

[1]李陽，范則森，權(quán)力濤.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的公共建筑火災(zāi)逃生系統(tǒng)研究[J].決策探索（中），2018（09）：35-36.

[2]謝海明，劉箴.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的居家火災(zāi)逃生系統(tǒng)的研究[J].系統(tǒng)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(shù)字媒體技術(shù)方向

張桂霞，1980年9月，女，漢，山東濟南，副教授，碩士，數(shù)字媒體技術(shù)方向

基金：2019年度山東協(xié)和學院實驗室開放項目“基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的火災(zāi)逃生系統(tǒng)研究” （編號：2019SYKF39）。