VR技術在消防實戰訓練中的應用

楊宇龍

摘要：目前我國高層建筑、超高層建筑、新型建筑的數量越來越多，同時密度不斷增加，導致消防救援工作的危險性以及難度均持續增加，若僅采用傳統的方式開展實戰訓練工作，訓練成果可能與實戰情況不完全適應，所以有必要應用先進的科技作為輔助。當前VR技術已經發展至成熟階段，將其應用于消防實戰訓練當中，有利于提升實戰訓練的可行性及可操作性。現主要針對VR技術在消防實戰訓練中的應用進行分析，以供參考。

關鍵詞：VR技術；消防實戰訓練；應用措施

VR技術也就是虛擬現實技術，在計算機技術高速發展的背景下逐漸成熟，對其進行應用，可以重現真實世界中的各方面場景，且可針對諸多采用傳統方法不能解決或難以解決的問題進行有效處理，例如在消防領域，諸多專勤器材數量少且價格昂貴，如果實戰訓練中頻繁使用專勤器材，則訓練成本過高，特別是諸多真實的搶險救援場景難以再現，也不能重復使用，導致訓練效果和效率受到嚴重影響[1]。由此可見，在消防實戰訓練中合理應用VR技術，可以對既往訓練工作中存在的不足之處進行有效彌補，也就更有利于提升消防實戰訓練的有效性。

1 VR技術在消防實戰訓練中應用的意義與優勢

1.1? 應用意義

VR技術屬于一類新型計算機技術，不僅可應用于娛樂游戲當中，更是能夠在教育、醫療、設計、通信等多個類型的特殊工種中，為相關工作人員提供逼真的體驗和真切的視角，從而起到重要作用。當前我國互聯網及教育等多個行業已經針對VR技術進行了深入開發和應用，特別是對于消防訓練工作來說，通過應用VR技術，可以在真實的地理環境中對煤礦火災、建筑火災、油罐火災等多種實戰場景進行三維虛擬，也就更有利于提升消防實戰訓練的效果和效率。

針對消防、救援、搶險等不同類型的工作任務，當前消防日常訓練根據不同的訓練目標，將VR技術應用于相應的訓練系統，可以呈現出不同的場景、不同的火災情況，指戰員僅需使用VR眼鏡、VR手套或是三維鼠標等傳感裝置，即能合理選擇應用消防裝備開展搶險救援工作訓練，原因在于，VR技術可以聯合應用觸覺反饋傳感技術、計算機技術以及場景模擬技術，通過調整參數合成火災場景，場景可以通過數字化的形式將任務反映至大腦，也就可以在場景中開展訓練活動。這一模式不僅可以提升消防實戰訓練工作的便捷性，還可實時掌握消防員的技能水平、體能水平和心理素質水平，有利于相關領導以及消防員自身認識到專業能力中存在的不足之處，同時也有利于消防員不斷積累實戰經驗和提升專業水平，進而促使實戰訓練整體效果得到提升[2]。

從整體上來看，VR技術應用于消防實戰訓練的意義主要包括以下幾個方面：①訓練過程中消防員更有身臨其境的感受，訓練過程更加具有針對性，也就可以更加有效地提升其整體協作能力以及現場應變能力；②消防人員可以根據自身訓練需求設置專門的虛擬場景，訓練過程的自主性顯著提升；③救災場景以及救災方式可以反復應用，特別是危險性較高或是存在劇毒的訓練項目，其訓練過程更加安全。

1.2? 應用優勢

在消防實戰訓練中應用VR技術不僅可以提升訓練效率，而且能降低成本，更有利于提升消防人員的專業技能水平以及指揮決策能力，所以，相對于既往傳統的訓練手段來說，應用VR技術的優勢主要在于以下幾個方面：

1.2.1? 提升訓練效率

應用VR技術可以根據訓練需求設置不同類型的火災以及事故場景，場景的復雜程度以及事件的發展程度均可自行調節，場景與實際情況更加契合，也就更有利于鍛煉消防員的應變能力，并加速其經驗積累。且應用VR技術時，實戰訓練不會受到時間、天氣等各方面客觀因素的影響，所以可以顯著提升訓練效率。

1.2.2? 可擴展性較大

VR技術中包含數字技術，可以設置多種不同的訓練場景，系統整體可塑性良好，并且，通過應用網絡技術，不同系統之間可以進行互聯，也就可以開展遠程訓練或是聯合訓練工作[3]。

1.2.3? 控制訓練成本

在應用VR技術時，訓練系統需要應用計算機以及傳感器作為基礎訓練設備，整體系統呈現出小型化和輕量化特點，且訓練過程中不需消耗燃料、發煙器、滅火器等耗材，系統運行能耗較低，后期維護成本較低，所以可以有效控制消防實戰訓練成本，即使開展大型綜合演練，因為可以實現虛擬化和網絡化，所以訓練成本顯著低于既往。

2 VR技術應用于消防實戰訓練的主要研究成果

以大空間建筑中的火災特點為基礎，中國礦業大學與中國科學技術大學共同創建了大空間建筑火災VR系統，系統中的三維圖形顯示以Open GL為基礎，選用場區復合模型對火災模型進行呈現，用戶僅需應用立體眼鏡即可對建筑環境以及事故情況進行觀察，應用VR手套或是三維鼠標等外部設備，還可進行移動、使用工具以及拾取等操作，整體上交互性以及沉浸性均較為良好，更有利于消防員熟悉火災場景和提升其反應能力，同時還可針對其參與消防救援工作時的心理狀態進行了解和研究[4]。

中國人民武裝警察部隊學院針對油罐火災的滅火救援指揮工作開發了相應的計算機模擬訓練系統，其屬于分布式的仿真系統，其中主要包含總指揮部、冷卻滅火和供水保障指揮部以及導演部，需要使用火災三維場景聯合GIS系統共同作為交互界面，并采用Microsoft COM/DCOM/COM+進行信息傳輸，且還具有引導火災態勢、生成滅火方案和評價作戰方案等功能，整體上訓練評估效果和智能推理效果較強，可有效提升指揮員在油罐火災救援工作中的戰術素質和指揮能力。

3 VR技術在消防實戰訓練中的應用

3.1? 應用分布式交互仿真平臺

分布式交互仿真平臺可以借助網絡實現仿真與VR技術的結合，從而構建起分布式的虛擬仿真系統，VB-link中即包含這一功能。其支持應用DIS協議或是應用新的HLA結構，并能發揮出強大功能，不僅程序員界面簡潔實用，且包含專家技術支持，整體上專業性較強，應用便捷性較強，同時可以降低應用風險和應用成本，開發周期也相對較短，后期維護工作同樣便捷，在需要進行場景創新時，也可更加便捷高效地進行更新。

3.2? 構建三維模型

VR技術之中最基礎且最重要的組成部分即為三維模型，其需要以平面圖紙、遙感圖像以及照片共同作為基礎。當前應用頻率較高的建模軟件包括Java 3D、Maya、Open GL等，具體應用時，應該根據實際場景和應用方向選擇最適宜的建模軟件。一般情況下，三維建模軟件均從Windows平臺中進行下載，應用時可針對不同場景、不同事物設置相應的參數，以控制其形狀和行為。且雖然可以應用的建模軟件數量較多，但是當前應用效果最為良好的是MultiGen Creator，其不僅可以有效滿足實時性需求，且因為建模功能強大，所以可以生成大面積的、真實性較高的場景[5]。

3.3? 制作模擬場景

將三維虛擬場景應用于消防實戰訓練之前，應該先完善模型的制作工作，也就是需要以真實場景為基礎，通過VR技術重新規劃場景模型，并根據訓練需求進行合理調整，同時還應設置移動路徑、救援要求等，以提升訓練的真實性。并且，三維場景在投入實際應用之前，必須先進行反復調試，保障場景質量優良、細節清晰，從而能夠為實戰訓練工作的順利開展提供基礎。此外，每一次訓練過程中，均應針對虛擬場景的使用情況進行總結，提出其中的不足之處，并及時進行合理調整，保障場景整體與訓練需求完全適應，以提升系統的應用效果，方可促使消防實戰訓練工作的效率和效果得以提升。

3.4? 二次開發模型

因為消防實戰訓練要求虛擬場景的真實性達到一定程度，所以針對已經投入應用的三維模型，必要時還應開展二次開發工作，也就是需要將VR技術與多媒體技術進行聯合應用，對更加真實的虛擬場景進行構建，使計算機中的各項參數更加充分地體現在三維虛擬場景之中，以提升虛擬場景的真實感，同時也可強化消防員在訓練過程中體驗的多元性。并且，通過三維模型的二次開發，消防員的各方面感官均能夠與三維空間構建起關聯，從而更加熟悉工作場景、更加有效地適應場景動態變化，也就有效提升了消防實戰訓練的效果[6]。

3.5? 三維交互和實景融合

通過應用三維模型架構軟件，現實中的各類實景元素均可應用于三維模型之中，從而構建起更加真實的虛擬場景，并有效滿足消防實戰訓練的發展需求。在此過程中，需要將實景中的圖像、圖形等三維架構元素納入三維模型設計編排工作中，以呈現出動態規劃的虛擬場景交互模式，并可對既定的目標識別結果進行預告。需要注意的是，在針對三維模型虛擬場景進行整體設計時，需要充分應用消防實戰訓練工作數據庫中的各項信息，保障模型場景的各方面情況均完全符合實際的消防工作數據，以提升場景的真實度，也就需要合理應用三維實時交互和實景管理軟件，該軟件也可被稱為三維引擎，其屬于開發應用程序的主要工具，基本功能為實時顯示三維數據庫中的數據，以能夠針對其中不同參數所對應的API接口、聲音以及封裝圖形的實現平臺進行合理控制，同時還可針對智能目標、碰撞檢測等更加復雜的應用提供一定程度的內部支持，當前應用頻率較高的三維引擎包括Open GVS、Open GL等。

3.6? 應用模型開發程序

消防實戰訓練過程中需要應用不同的火災場景，所以針對相應的程序進行開發，也就需要將不同的火災場景作為情景制作的重要參考，并采用模型對虛擬火災現場的整體情況進行描述，并制定科學合理的滅火方案。另外，在程序的用戶界面包含評價系統，有利于提升系統整體的功能集成效果和交互設計水平，從而更加有效地滿足消防實戰訓練需求。

4 VR技術在消防實戰訓練中的應用展望

根據目前的情況來看，VR技術已經在消防實戰訓練中得到了較好的應用，為消防員提升專業技能水平提供了重要動力，與此同時，火災科學研究工作更加深入，計算機技術也持續發展，與消防相關的虛擬訓練技術得到了不斷優化和完善，在其中應用VR技術，可使交互性、實時性和沉浸性更加良好，也就可以顯著提升消防實戰訓練效果。但是從整體上來看，該項技術并不十分成熟，其中還存在諸多問題需要進行更加深入的研究，主要包括以下幾個方面：

4.1? 可視化研究

當前消防實戰訓練中應用VR技術，僅能針對建筑火災進行成熟、完善的模擬，對于氣體火災、液體火災、森林火災或是爆炸等情況，其中的可視化方法仍然需要進行研究，且火災發展以及滅火機理等相關的可視化工作也尚不成熟，所以為了提升模擬訓練過程中的交互性、沉浸感以及構想性，需要進一步提升其中的可視化水平，方能提升消防員的訓練效果[7]。

4.2? 研究虛擬場景滅火模型

因為物質燃燒的理化性質各不相同，加上建筑結構、自然天氣等各方面因素影響，火災的發生頻率以及發展范圍、危害程度、猛烈程度等均難以有效預估，且即使同一類物質進行燃燒，也會受到數量、存儲狀態、空氣對流等各方面的影響，呈現出不同的燃燒狀態，所以需要針對虛擬火災滅火模型進行深入研究，以能夠更加真實地模擬火災發生和發展過程，從而促使消防員更加熟悉真實的火災場景，也就更有利于提升實際滅火救援工作的效果。

4.3? 裝備訓練系統的開發

目前的消防實戰訓練系統主要可以在指揮決策能力訓練以及火災場景實戰訓練中進行應用，為了進一步提升訓練效果，應該積極開發相應的裝備訓練系統，以能夠針對滅火、堵漏、破拆、偵查等各項專業技能進行針對性訓練，從而提升消防員的整體專業技能水平。

4.4? 提供感知技術

開展消防實戰訓練工作時，系統主要能夠針對消防員的視覺、聽覺和觸覺進行刺激，但是真實的火災場景遠不止于此，所以還需進一步研究嗅覺、方位以及熱輻射等感知技術，以進一步優化感知訓練系統，并充分提升消防實戰訓練系統的真實性，從而加深訓練過程中的體驗感。

5 結語

綜上所述，當前VR技術的應用已經較為成熟，在消防實戰訓練中應用VR技術，可以提供更加真實的虛擬場景和更加深入的互動體驗，也就更有利于提升消防實戰訓練工作的安全性、有效性、自主性、針對性，從而幫助消防員快速積累經驗和提升專業技能水平。但與此同時，其中也存在諸多不足之處，導致部分訓練工作不能有效開展，也就還需要開展可視化研究、虛擬場景滅火模型研究以及裝備訓練系統的開發等工作，以進一步提升VR技術在消防實戰訓練中的應用效果，并為我國消防相關工作水平的持續提升打下重要基礎。

參考文獻：

[1]陳博.消防員實戰化教學訓練中虛擬現實VR技術的應用探討[J].大科技，2021（36）：209-210.

[2]韓志遠.VR虛擬仿真模擬訓練系統在消防實戰訓練中的運用和實踐[J].數字化用戶，2019，25（36）：122.

[3]鄧鵬，袁狄平，靳學勝，等.石化基地滅火救援指揮VR訓練系統設計與實現[J].中國安全科學學報，2021，31（12）：160-166.

[4]鞏政.VR技術的消防日常訓練中的運用[J].江西化工，2017（2）：

214-215.

[5]楊可男，張均東，葉子文，等.基于虛擬現實技術的救助船對外消防培訓仿真系統[J].上海海事大學學報，2019，40（2）：95-100+108.

[6]王振雄，鞏競，王飛，等.基于VR的消防模擬訓練虛擬系統設計與實現[C]//2007年中國科學技術協會年會論文集，2007：474-482.

[7]廖奇.談實戰化訓練環境對消防部隊滅火救援能力的提升[J].武警學院學報，2012，28（12）：30-32.

Application of VR Technology in FireFighting Actual Combat Training

Yang Yulong

（Hulunbeier Fire and Rescue Division，Inner Mongolia Hulunbuir 021000）

Abstract： At present， China's high-rise buildings， ultra-high-rise buildings， the number of new buildings more and more， while the density continues to increase， resulting in the fire rescue work of the dangers as well as the difficulty of the fire continue to increase， if only the traditional way of carrying out combat training， training results may not be fully adapted to the actual combat situation， so it is necessary to apply the advanced science and technology as an aid. The current VR technology has been developed to a mature stage， its application in the firefighting training， is conducive to enhance the feasibility and operability of combat training. Now mainly for the application of VR technology in firefighting training is analyzed for reference.

Keywords： VR technology; firefighting Actual Combat training; application measures