虚拟现实技术在消防战训工作中的应用

唐斌

（九江市公安消防支队庐山区消防大队，江西 九江 332000）

随着城市建设的迅猛发展，高层建筑、地下建筑、大型化工企业等各种新型建筑不断涌现，使消防工作面临了新的挑战，各类建筑火灾的发生和发展越来越复杂，给灭火救援工作带来巨大的困难。将虚拟现实技术引入到消防战训工作中，有利于解决消防工作中的这些新问题。

1 虚拟现实技术的概述

虚拟现实(VirtualReality，简称VR)技术是指利用人工智能、计算机图形学、人机接口、多媒体、计算机网络及电子、机械、视听等高新技术，模拟人在特定环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术。这种技术的特点在于计算机创建了一种适人化的多维信息空间，这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，并编制到计算机中去生成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境，从而使得在视觉上产生一种沉浸于这个环境的感觉，可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化，使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。

2 虚拟现实技术在消防战训工作中的意义和发展方向

由于虚拟现实中的场景是虚构的，因此，它既可以是真实世界中场景的重现，也可以是完全虚构的场景。利用虚拟现实技术，可以解决许多按传统方法难以或者无法解决的问题。

2.1 虚拟现实技术可以使过去以体能、技能和程序化模式相结合的训练法转变为体能、技能、智能和亲身体会实战相结合的仿真模式训练法，让作战人员感觉到像直接进人火灾事故现场一样。我们通过场景模拟技术，动态实时的立体听觉生成技术，三维定位、方向、触觉反馈传感技术，利用计算机对火场的各种参数进行合成处理，按照灭火预案基本的组织指挥程序，把任务以数字的方式反映到人的大脑中，按照各自的分工和职能展开灭火作战。应用虚拟现实技术最重要的一点是实施灭火作战过程中可以完成对指战人员火场作战中的体能、智能、技能以及心理素质测试虚拟现实技术的应用将会大大提高训练的效能比；虚拟现实技术的应用将使全体指战员积累应付火灾的丰富经验，特别针对一些不能正常开展的剧毒性、危险性科目的训练，虚拟现实技术的应用可以取得良好的训练效果。

2.2 灭火作战预案可以在火灾时帮助消防部门了解建筑物的位置、内部结构、使用性质、人员、疏散出口和消防设施等情况，研究可能的起火情形及迅速制订合理的作战方案，提高现场作战指挥的效率和能力。传统的消防预案主要通过文字与二维平面图描述建筑物的相关信息和作战部署，对于一些内部结构比较复杂的建筑，难以充分和直观地表现内外部的空间结构特点，也难以描述火势和烟雾在建筑内部的发展和蔓延过程。另外，传统的消防预案还缺乏足够的分析功能，例如难以对火势、烟雾的发展和蔓延进行即时分析和预测，难以对消防设备的使用情况进行即时查询、统计和优化，难以评估建筑内部火和烟雾的蔓延对人员疏散的影响等。为了使消防战士熟悉灭火作战方案和消防设备的操控，保证火灾发生时灭火作战方案能够得到顺利实施，需要举行消防作战演习。类似地，为了保证火灾中人员能够及时安全疏散，以及检查疏散过程中可能出现的问题（例如建筑内部空间过于复杂，疏散标志不够明显等），还需要举行紧急疏散演习。然而，灭火作战演习和紧急疏散演习都存在成本高昂、可重复性差的问题，而且，若在演习中添加火焰和烟雾的效果，以考虑火和烟雾对灭火作战和紧急疏散的影响，则在一定程度上可能造成事故，具有一定的危险性。虚拟现实技术为解决上述问题提供了新途径，带来了消防领域工作方式和观念的变革。

3 实现虚拟现实的关键技术

在实际应用中，我们利用了虚拟现实可视化的特点，使用3D模型达到事物的仿真，结合数据库技术，建立模拟仿真系统并将其应用于工作中。

3.1 三维建模

根据现有的照片、平面图纸、遥感照片等原始的二维图片，使用3DMAX等工具构建模型。三维模型是虚拟现实实现过程的第一步，建模的工具多种多样，常用的工具有3DMAX、MAYA、JAVA3D、AUTOCAD、OPENG L、DIRECTX等免费3D开发程序等等。

3.2 场景制作

场景制作是利用处理好的模型，构建场景，需要考察真实环境，利用虚拟现实软件对现有模型进行重新组合，对场景规划布局、添加绿化、设置动画路径、编辑互动操作界面等，最后进行发布。3D场景可实现真实环境的仿真，实现简单的人机交互。

3.3 模型与数据库二次开发

模型与数据库经过二次开发所形成的虚拟现实软件产品是3D模型的深层应用，也是虚拟现实技术应用的目标。使用VR技术与多媒体及可视化技术相结合，可以创造一种虚拟的真实环境，可以将孤单的数据公式、计算数值用完全真实的立体效果表示出来，并且人们可以交互式地控制这种表示结果，可以通过动态改变参数来观察计算结果。基础模型必须与数据库结合，才能实现三维图形与应用数据的统一管理、动态管理。

3.4 三维实时交互和视景管理软件

三维实时交互和视景管理软件又称为三维引擎，是用户开发应用程序的支持工具。引擎的基本功能是三维数据库的实时显示，提供控制三维数据库中的各种参数的接口，封装图形、声音的实现平台。同时，引擎还为复杂的应用如碰撞检测、智能目标、景物动态生成等提供内部支持。

3.5 以模型驱动的应用程序开发

用户程序的开发主要是针对各种典型火灾场景和灭火预案，建立描述虚拟环境中景物多种特征的模型，并将这些模型分解为对三维数据库的控制，并通过引擎提供的各种实现所需要的控制。另外，还要进行交互过程设计，用户界面设计及评价系统设计，最终实现整个系统的集成。

4 虚拟现实技术运用于消防战训工作面临的困难

从技术层面上来说，虚拟现实技术确实能够辅助消防战训工作，解决很多现实问题，但就目前国内消防部队的实际情况而言，要想在消防战训工作中运用虚拟现实技术还存在不少的困难和障碍。

一是虚拟现实技术推广的成本较高，不是每支消防部队都有条件购买并投入使用；二是虚拟现实技术的实现是一项庞大的系统工程，虽然消防部队近些年引进了不少计算机专业人才，但现实人员配备不论从专业水平还是数量上都远远不能满足需求；三是国内在虚拟现实研究方面刚刚起步，技术上并不是很成熟，还需要进一步的探究和摸索。

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