基于虚拟现实技术的消防安全系统开发分析

朱萍

摘  要：随着我国计算机技术不断发展，当今虚拟现实技术已经成为了社会群众关注的焦点。虚拟现实技术在上世纪80年代末起源于美国，经过了30年的发展，虚拟现实技术已经得到了广泛应用。消防安全系统开发中采用虚拟现实技术，可以让火灾研究数据更加直观、场景更加逼真，无需依靠真实世界即可直观感受。基于此，文章首先提出虚拟现实技术含义，进而提出该项技术在消防安全系统开发中的应用。

关键词：虚拟现实技术;消防安全系统;开发设计;应用

中图分类号：TU998.1 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）21-0093-02

Abstract： With the continuous development of computer technology in China， virtual reality（VR） technology has become the focus of social attention. Virtual reality technology originated in the United States in the late 1980s. After 30 years of development， virtual reality technology has been widely used. The use of virtual reality technology in the development of fire safety system can make the fire research data more intuitive， the scene more realistic， and can be felt intuitively without relying on the real world. Based on this， this paper first puts forward the meaning of virtual reality technology， and then puts forward the application of this technology in the development of fire safety system.

Keywords： virtual reality （VR） technology; fire safety system; development and design; application

引言

虚拟现实技术是指通过计算机软件算法给人们营造出一种更加逼真的虚拟环境，因此该项技术也被称之为人造空间、虚拟环境等，是一种十分先进的仿真技术、传感技术。利用计算机软硬件、通信系统、传感器等，在计算机中构建一个虚拟场景，并且可以实现与人的交互，得到现实世界中相同的反映，包括听觉、视觉甚至是触觉、嗅觉等。虚拟现实场景是虚构场景，可以逼真呈现出真实直接，解决传统方法带来的难题。在消防领域，由于抢险救援任务增加，大型消防设备造价提升、数量少，并且实物训练会造成大量损耗，费用过高。而通过虚拟现实技术，即可重现火场、抢险救灾现场，展开虚拟训练，具有非常高的使用价值。

1 虚拟现实技术相关阐述

1.1 技术本质

虚拟现实技术主要是通过VR眼镜、传感手套等设备，通过计算机软件构建一个虚拟平台，在这个平台当中可以和虚拟物交互，从而实现相关目标。平台操作可以实时获取、移动虚拟对象。通过这些设施并以自然形式向计算机当中传递有关信息，通过视觉、听觉、触觉，给人一种真实感觉，实现三维的消防系统。

1.2 基本特性

虚拟现实技术具有现场感、沉浸感、互动感的特性。也就是在计算机软件平台上构建一个虚拟场景，该虚拟场景可以让用户短暂脱离现实世界，从而营造一种现实感。用户在虚拟场景当中还需要与虚拟物体进行互动，产生一种参与、互动感。

1.3 应用意义

虚拟现实技术在各个领域当中都已经得到了应用，不仅可以随时随地开展火灾消防演练，提升火灾消防演练的真实性，从而完成现实演练的各种目标，并且可以极大的减少人力、财力消耗。

2 基于虚拟现实技术的消防安全系统结构

整个消防安全系统主要以虚拟三维模型库作为每个子系统的基本虚拟场景数据来源，模型库模型通过三维虚拟现实工具创建。各个子系统通过虚拟三维模型库中的模型实现交互以及相关功能。“火情监控”子系统通过大数据、互联网和消防安全重点单位远程监控系统连接，对重点部位火情实时监控，并可以控制执行单位做出相应处理。火灾扑救当中利用GPS定位技术获取消防员位置，掌控整个火灾实际情况，从而实現科学调度。如图1。

3 给予虚拟现实技术的消防安全系统开发

在虚拟现实技术当中，需要通过三维模型数据库仿真系统为基础。仿真系统可以对三维模型数据库进行实时渲染、动态跳动。针对消防安全系统来说，由于是对火灾进行模拟，所以仿真系统需要从灭火战术、灭火过程具体行为两个层面开展。并结合现场实际情况提供有关数据与材料，利用建模工具构建一个三维地形、消防灭火设施，如消防车辆、油库地形、各种消防栓等等。

3.1 构建三维地形

在计算机软件中表示数字地形有三种方法，包括等高线表示法、网格表示法、不规则三角网表示法。其中，不规则三角网表示法是非常复杂的一种，等高线是最常见的二维表达三维的形式。三维地形生成也有两种方法，一是通过等高线产生一系列多边形，通过简单放样运算得出地形纹理、模型;二是采用Delauny三角形根据等高线展开三维地形造型。地形等高线所生成的地形模型具有不光滑、不连续、缺乏逼真度等劣势，所以在生成三维模型前要将登高数据转变为格网数据，主要采用格网表示法。该建模方法会让三维模型数据库较为庞大，地形模型纹理容量大，仿真系统运行中会有较大的负荷，对硬件系统要求较高。因此采用多细节层次技术进行简化设计。

（1）细节等级技术（LOD）。实现实时绘制是虚拟现实系统构建的基本要求，可以采用LOD技术对场景中不同物体采用不同描述方法。在实际绘制当中，如果一个物体离视点较远或物体较小，采用粗的LOD进行绘制;反之，如果物体离视点近或物体较大，则要用精细LOD绘制。同时，如果场景当中含有运动物体，也可以采用该方案，快速移动物体采用粗LOD;静止物体采用细LOD，这样即可让场景更加细腻。LOD分为高级、中级、低级，分别对应近距离模型、中距离模型、远距离模型。（2）模型构建。结合消防安全系统中的各个火灾场景（平面图纸），通過实际地形数据作为基础，配合二维平面图形数据，重点考虑各个物体比例大小、分布情况，如建筑消防设施、小区水塘、树林、围墙等等。为了能够让系统模型更加简化，可以将不影响火灾救援的物体做在一起。结合当地消防安全预案蓝图、实物照片，在充分掌握模型构建要求后，查阅相关材料对模型数据进行补充。纹理素材可以采用数码相机实物拍摄，也可以在网络上查询材料并使用Photoshop软件处理，保证纹理清晰。结合上述层次结构分析，需要贯彻由里到外、由上到下的原则，采用MultiGenCreator为模型提供点线面，可以通过修改工具进行整改（如图2）。在消防车模型建设中，对动作点设置DOF点，便于OpenGVS调控与控制。

3.2 消防车辆建模

在虚拟现实技术当中，消防车辆模型是整个场景十分重要的一部分，也是重要场景内容。下文主要以水罐消防车为例介绍如何建模，虽然整体过程和地形建模有很多相似之处，但要考虑单个小件运行情况。这就要采用多自由度技术（DOF）。

应用DOF可以为子节点所表示的图形增加动态特性。一个DOF创设一个坐标体系，可以控制图形绕着坐标轴旋转、移动。在水罐消防车建模中，要重点考虑喷水、喷头旋转、消防车云梯展开等问题（如图3）。

3.3 模型构建关键技术

纹理映射技术（TM技术）是一种将二维图像映射到三维物体上的一项技术，可以让虚拟仿真场景更加真实。使用TM技术可以避免每个虚拟模型细节都采用多边形表示，可以有效降低模型多边形数量，加速图形显示速度。结合透视变换，纹理需要提供三维线索，增加模型细节、场景真实感。

3.4 路径规划

路径规划是在虚拟场景中布置起点、终点，自主找出一个无人碰撞的路径。路径规划在虚拟现实系统中有着重要作用，结合不同场合、导航物体特征，将路径规划为爬行路径、飞行路径。爬行路径在三维场景中受到虚拟任务受重力影响，无法在虚拟空间中随意移动，只能贴着地面进行。飞行路径规划是指虚拟摄像机等形式，在无碰撞情况下，在场景空间中任意进行。演练人员可以虚拟GPS定位，通过通讯系统对话，从而提升协调性，掌握部署情况。

3.5 疏散时间的确定

在疏散时间的确定中，应该按照疏散状况进行疏散时间的计算，具体的计算过程如下。

通过这些计算方案的构建，可以实现对疏散时间的确定，以保证疏散时间的确定的科学性。

4 结束语

综上所述，虚拟现实技术作为一个使用广泛、充满活力的高新技术，在消防安全系统开发当中有着不可替代的作用。通过利用计算机软件技术、仿真技术、建模技术等，从而实现消防指挥人员网络培训，通过构建虚拟空间，缩短消防作战指挥人才培养周期，满足消防作战指挥需求，保障消防安全系统的有效性。

参考文献：

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[3]孙燕.基于MCGS组态软件的大型超市消防监控平台设计[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2018，34（02）：26-28+40.