虛擬場景生成系統在滅火救援訓練中的實施對策

趙龍

摘要：虛擬場景技術可以很好的模擬出現場火災情況，幫助消防救援隊伍提升日常演變的目的性以及科學性，進而提高消防部門的滅火效率，使得人民群眾的生命財產安全在火災的危害之下得到更高的保障，這對全面提升消防力量同樣具有重要意義。文章以虛擬場景市場系統在滅火救援訓練中的應用展開討論，以期對我國消防事業建設與發展有所借鑒與幫助。

關鍵詞：虛擬場景;消防系統;滅火救援

相對于其他行業來說，消防部門的滅火救援工作的危險性以及復雜性都比較高，特別是對于一些廣泛存在的高層建筑以及石油化工等行業進行救援活動時，充斥著各種各樣不可控的安全隱患，對于這些安全隱患如若處理不當不僅影響救援質量，還可能給消防人員的人身安全帶來一定隱患[1]。對此，消防部門必要的演練工作無疑可以大大提升消防隊伍的整體專業性素養，提高其臨時應變能力，進而為消防人員在火場中工作時提供一定的安全保障，有效提高滅火工作的效率，進而為人民群眾的生命財產安全帶來一定的保障。為此，虛擬場景生成系統可以很好的模擬火災發生時的場景，幫助消防隊伍更能切身體會火災現場，對顯著提升滅火救援質量有著積極的作用[2]。

1? 虛擬場景生成系統概述

即VFSE1.0技術，是當前消防部門主要用來建立火災場景以及搶險救援模擬練習的重要訓練工具[3]。基于該軟件應用，使用者可以創建各種火災發生的場景，包括機場、高層建筑、地鐵站以及飛機等各場所出現的爆炸、燃燒以及有毒有害物質泄漏等情況的火災場景[4]。此外，消防部門借助該技術還可以針對各種各樣的事故出現的動態過程進行有效模擬，而這些模擬訓練對提升滅火救援訓練質量，提高人員現場處變能力有著重要意義。消防部門開展的各種場景下的火災事故進行有效演練與模擬，提供更為逼真的場景體驗，進而加強消防隊伍的專業素養建設[5]。

2? 系統功能及其特點

以下內容我們對該系統的功能及其特點進行了詳細分析，基于該系統所提供的圖像渲染以及合成技術形式，消防部門在進行模擬訓練的過程中可以將整個滅火救援現場劃分成多個不同時間節點的動態式變動的幀情景，使得各個情景內都涵蓋了單個以及多個的層次化前景要素。消防部門作為使用者在使用的過程中要綜合實際訴求，圍繞轄區重點單位各方面的數字圖像作為背景元素，進而疊加出具有動態形式的火、煙以及有害物質泄漏、音效等火災發生時具有的要素，并對各個組成要素進行整合與修改，隨即得到一幅幅動態式的火災場景變化圖。各個場景依據不同的流程設定以及時間等進行播放，隨即得到極具真實性以及形象的虛擬火災與有毒有害物質泄漏場景。

相對于傳統的訓練技術形式，虛擬場景生成系統的訓練方式在多個方面具有一定的應用潛力。首先，整個系統有著較為良好的靈活性以及擴展性，不僅可以用來進行電子預案的設計，也可以對滅火救援場景進行再現與分析，更為關鍵的是可以同通信指揮系統等形成契合，建立起帶有可拓展性以及開放性的指揮、訓練一體式的滅火救援模擬，在模擬訓練的過程中可以將一些可能發生在現實中的情況一一展現出來，然后將這些可能會出現的情況全部展現出來進行演習訓練，進而使得訓練變得更加開放化，能夠處理和應對更多突發情況;其次，整個系統都有著較為良好的交互性，能夠很好地完成場景和元素等非線性設計與動態效果的交互呈現，使用戶能夠開展非線性形式的現場管控;最后，該系統還具有著開放性優勢，就用戶層面（即消防部門）而言，作為典型的工具應用使用者，可以在使用的過程中自行制定各種形式的滅火救援虛擬場景訓練，根據不同的模擬場景進行相應的訓練，自系統設計層面出發，需要設計者們能夠建立起系統的各個背景的動態式升級模擬，并對該系統性能的配置也可以完全交由用戶們來決定。除此之外，與其它技術形式對比，該系統更具靈活性、場景更為簡便、成本更低以及效率更高等多方面優勢。

3? 虛擬場景生成系統基本組成

以下內容主要對虛擬場景的生成系統的基本組成作主要介紹，以計算機為基礎建立的滅火救援訓練系統主要包含消防項目、訓練科目、軟件設計、硬件配置等多個層面的系統性工程。如下圖1所示即為整個系統的基本架構：

就應用軟件層面而言，整個計算機系統的生成大致包含以下幾方面問題，首先是火災現場的場景渲染問題，其次是音效的呈現、數據信息的處理問題。整個滅火救援計算機系統多為常規的仿真技術形式。對人體而言，該系統中的數據來源主要以視覺為主，少部分取決于聽覺系統，故而該場景呈現的子模塊為整個系統的主要構成，并且該系統中的數據還肩負著承前啟后的銜接意義。整個場景呈現的逼真情況關系到訓練期間相關人員的判斷能力以及決策水平，這就使得整個虛擬場景會對整個訓練有著極其重要的意義。

我們將該滅火救援現場的模擬情況大致分為兩個層面：其一，即將模擬情況用圖形的方式展示出來，圖像將會綜合各個規格以及素材等基于3D建模技術進而得到逼真的三維模型，隨即利用有關的渲染工具對場景進行渲染操作。運用該方式建立的現場情景可以從多角度進行模擬，使其具有自主性與靈活性，但在實際工作過程中涉及的工作量較高，軟硬件等方面也有著一定的訴求，這就使得過低的軟硬件無法達到目標需求，并且整個場景的逼真效果也將會對相關人員的專業水平提出一定的考驗。其二，圍繞圖像的方式，在采用真實的圖像以及視頻等的前提下，基于原本圖像合成的方式，在此基礎上增加有關特效，進而模擬出火災出現情況下的各種表現，用于消防部門的仿真訓練。因為該方式涉及的素材庫往往較高，整個場景也極易得到，這也就使得整個場景的逼真度更好，故而在訓練中應用的較為普遍。

4? 虛擬場景的生成系統建構策略

整個災害虛擬場景的創建以及動態式的調整處理為滅火救援模擬系統的核心組成部分。基于圖像的方式搭建滅火救援訓練系統，于具體的場景內擴展四個窗口界面，然后從各個角度以及側面等顯示出同一個時間點以及時間段中存在的火災災害演變情況，進而有效規避各種靈敏性不達標的情況，進而對各個窗口增加多個背景要素以及其它前景要素。而前者在此過程中主要以各種靜態形式的圖片存在，主要用來反映具體的場景以及各種環境情況，但部分情況也可以基于動態式的形式存在。而后者則主要包含靜態部分以及動態部分兩個方面，其中靜態為圖片以及圖標等數據，而動態則為煙霧成分、爆炸成分以及有毒有害的泄漏物成分為主。

4.1? 場景要素的建立

上述各個元素中，圖像以及視頻等背景資料主要來源于用戶的照相拍攝設備等，聲音要素可以為系統自帶的部分電信災害現場常見的聲音，包含火焰燃燒聲音、消防車聲音等，使用者能夠直接選擇應用，也可以通過聲音編輯應用等得到自定義的各方面聲音，但各個品類的聲音均應為系統所支持的聲音形式。包括文字以及遮擋等要素均為制作場景及時創建的元素，無需提前準備。圖標以及圖片等要素，系統也只是提供有關常見的要素，對于用戶而言，可以使用各種專業的圖片工具等進行處理得到。

動態要素無疑是整個災害現場所常見的組成部分，不管什么樣的火災現場，對煙霧、火，以及滅火時的水等動態組成部分的模擬都是極其重要的，其中最為典型就是煙火、水等動態的火災組成要素，并且此類要素需要綜合有關規范展開定制，這樣才能有效的體現出模擬火災場景的科學性與合理性，從而更加有利于消防部門進行相關的演練或訓練。此次基于自定義方式，明確內部數據存儲要求達成動態特效。此類要素的建設期間，第一步需要在專業的3D軟件中進行特效剪輯與制作，得到初步的動態表現效果，隨后從中截取時間相對穩定的一些段落，最終得到一系列的動畫文件樣式，尤其需要注意文件格式務必保持一致，方能夠為系統使用。

4.2? 場景組合

對于場景的組合需要將格式正確的VFA文件等預先準備好，隨后將其和背景圖片以及視頻等組合起來從而得到更為逼真的火災模擬畫面。因為煙火等動態要素本身所具有一定的透明性，它們本身的透明度需要根據自身所具有的濃度來確定，或者是根據觀察者與它們之間的距離來確定，往往越臨近中心越不透明，越靠近主邊則透明度也就更高，不管是煙霧還是火焰，它們中心與外圍的透明度都是不一樣的，即各個像素所占用的通道是不一樣的，對于這些要求，需要設計者務必綜合各種實際情況來開展設計，不然會出現背景圖像的邊緣區域有可能存在明顯拼接的跡象。某個動態式的特效場景往往為多個畫面不斷播放的結果，務必需要對各通道進行比較合理的設置。

4.3? 過渡處理

對于3D應用軟件而言，在制作煙火等特效期間，因為此類插件為典型的粒子系統方式仿真動態特效，為保證效果更為可靠有效，粒子運動效果往往增加了大量的隨機性要素，因為此類動畫序列難以嚴格的達成循環功效。這也使得動態特效和背景圖片的組合播放期間會出現一些跳躍式的突變，而這些突變嚴重的可能對最終的動畫效果帶來一定的影響，使得畫面在銜接過程中出現瑕疵，看上去并不是那么流暢。通過動態式的逐幀透明度因子方式可以規避此類問題，也可以將這種方式看作一種過渡，一種畫面與畫面不斷切換的過渡過程，能夠促使前后兩個循環彼此形成重疊區，于前一循環開始線性淡出時后一循環實施線性淡入，使其前者與后者在一定基礎上有所相連，而不是直接的退出或又直接的出現，由此較好的規避了跳躍情況的出現，使其達到無縫銜接的功效，這就是我們常說的過渡，只有這樣，才能更好的體現出動畫所展示出的效果，最終過程如下圖2動畫過渡處理機制示意圖。

5? 虛擬場景生成系統應用研究

該系統相對于之前的語言描繪假定場景的方式對比在多個方面具有更為明顯的特性，第一，應用內融入了大量的聲音、光線以及煙霧等動態元素成分，能夠從多角度直觀地反饋預想火災場地的氣候變化、環境變化、風向變化以及火勢變化等多方面重要因素;第二，圍繞滅火救援的目標為核心創作，能夠使得救援對象可以在整個滅火救援的前期、中期以及后期等各個過程潛在的不安全要素等進行有效識別與研究，或根據火場存在的不確定因素進行分析將會出現的情況以及會給救援任務帶來的困難，消防部門在進行救援工作的過程中，基于應用操作實現模擬情況下的滅火、救援以及供給各項任務訴求，合理設置戰斗力并高度統籌調度指揮，以達到最為理想的作戰策略。

6? 結語

現代城市建設規模越來越大，高層建筑、多功能建筑以及工業廠房的大量出現無疑對現代消防救援提出了更高的訴求。消防模擬演練可以幫助消防隊員更好地模擬各種火災事故的發生表現，并支持各種消防訓練工作的開展。虛擬場景生成系統是其中典型代表之一，利用該技術可以動態呈現出火災發生的前期、中期以及后期等過程及各個過程的特點，能夠較為逼真的模擬出真實火災發生中可能出現的一系列事件，而這對于滅火救援等工作無疑有著重要意義。正是借助一系列的科技技術的支持，消防力量才能夠得到不斷的提升，可以更好地保障消防員在滅火救援過程中保護自我，成功完成救援任務。因此，相關單位應重視對該虛擬場景生成系統的合理應用，不斷擴展訓練的素材與方式，全面提升消防隊伍整體素養，為城市和諧穩定發展保駕護航。

參考文獻：

[1]靳學勝.數字圖像合成技術在滅火救援模擬訓練中的應用[J].計算機應用，2009，29（S2）：305-307.

[2]袁狄平，靳學勝，張曉麗，等.沉浸式滅火救援計算機模擬訓練平臺的開發[J].消防科學與技術，2012（02）：162-165.

[3]毛勇忠，張繼新，黃瑋.三維仿真及虛擬現實技術在消防訓練中的應用[J].中國管理信息化，2019，22（03）：149-152.

[4]李栗.利用虛擬現實技術開展滅火救援訓練初探[J].消防科學與技術，2005（S1）：83-84.

[5]朱武，張慶利.基于三維虛擬仿真情景推演電子沙盤設計[J].消防科學與技術，2019，38（12）：1738-1741.

The implementation of virtual scene

generation system in firefighting and rescue training

Zhao Long

（Huairou District fire and rescue brigade Beijing，Beijing 101400）

Abstract：Virtual scene technology can simulate the fire scene， help the fire rescue teams to enhance the purpose of daily exercises as well as scientific， and then improve the firefighting efficiency of the fire department， so that the people's lives and property safety under the danger of fire to get higher protection， which is also important for the overall improvement of firefighting force. The article discusses the application of virtual scene market system in firefighting and rescue training， in order to draw reference from and help the construction and development of fire fighting in China.

Keywords：virtual scene; fire prevention system; fir fighting and rescue