VR技术在消防实战训练中的应用

李降龙

（鄂尔多斯市准格尔旗矿区消防救援大队 内蒙古 鄂尔多斯 017000）

1 引言

随着经济的发展和城镇化的推进，新型建筑、高层建筑日益增多，建筑密度越来越大，消防指战员面临的危险性和难度也越来越大。传统的基地化实战训练存在成本较高、训练设施单一和辖区内值勤力量不足以及时应对社会突发事件等局限。利用VR技术在计算机中构建三维环境，可以为消防员打造多样性、真实化的模拟战训环境，既提高了消防员的实战技能和应对复杂救援现场的能力，又避免了消防实战训练（以下简称“战巡”）中的安全问题。

2 VR的概念阐释及发展现状

VR（Virtual Reality）即虚拟现实技术，它的两大关键技术是场景制作和三维建模，主要功能是构建仿真环境，是一种多源信息融合的三维动态视景和实体行为的系统仿真。VR利用人工智能、计算机网络、多媒体等技术生成虚拟环境，再通过VR眼镜、手套、三维鼠标等传感装置使用户沉浸在虚拟环境中，并通过语言、手势等方式使虚拟和现实进行仿真融合和实时交互[1]。它突破了时间、空间的限制，使体验者产生“身临其境”的逼真感，是一种高级别的人机交互技术。

VR技术起源于美国，是一种全新的计算机技术，该技术不仅适用于娱乐游戏，同样可以应用于医疗、教育、通讯、设计及一些特殊工种之中，为相关人员提供逼真的视角和体验。如今，教育、互联网等领域已经对VR技术进行了全方位的开发应用。如：美国波音公司利用VR技术研发出的新产品，可以使设计人员对飞机的外形、整体布局、内部结构和飞行过程进行身临其境的观察、调整和改进。

3 VR技术在消防战训中的意义

利用VR技术在真实地理环境、内部构造和消防设施的基础上，虚拟出建筑火灾、煤矿类火灾及油罐类火灾等三维虚拟战训场景，开展日常消防训练时可分为单兵器材装备模拟、单兵技能模拟和团体协作实战等三个部分，并将其植入消防训练系统，设定各种灾情及不同变化方向，消防指战员通过VR手套、眼镜或三维鼠标等传感装置选择相关消防装备进行虚拟的救援灭火、灾情处置行动。

VR技术通过场景模拟、计算机、触觉反馈传感等技术对火灾中的参数进行合成处理，以数字方式将灭火预案中需要执行的任务直接反映到大脑中，进行灭火救援活动。这种模式可以充分掌握消防员在灭火过程中的体能、技能和心理素质等，使消防员积累丰富的实战经验，提高整体训练实效。其积极意义可以概括为以下几点：（1）使受训人员可以身临其境地置身于各种特殊的受训场景，提升个体的灭火救灾现场应变能力和团体协作能力，使训练更具针对性；（2）受训者通过VR虚拟环境，可以随时随地针对自身需要展开训练，也可以对特定场景、环节反复训练，使训练更具自主性；（3）受训人员可以大胆尝试各种救灾场景和不同救灾方式，尤其是一些剧毒性、危险性的训练科目，使训练更安全[2]。

4 VR技术在消防战训中的系统设计

4.1 构建三维模型

三维模型是VR技术中最基础、最重要的内容，是在平面图纸、照片和遥感图像的基础上构建而成的三维场景。当前常用的建模软件有MAYA、3DMAX、AUTOCAD、JAVA3D、DIRECTX、OPENGL等，需要根据实际应用领域和方向来匹配选择。

4.2 制作模拟场景

消防战训三维虚拟场景的制作通常要选用提前做好的模型，在考察真实场景的基础上利用VR技术将现有的模型规划重组，并且根据消防战训的需要进行修改、调整，并设置互动操作、移动路径等，便于消防战训工作的开展[3]。最后，在反复试验后建立起三维场景，经过调试及试用，确保模拟场景的质量，产品就可以发布使用了。这种基于真实环境的消防战训场景可以再现种种细节，使参训队员在人机交互过程中获得真实感受。

4.3 模型的二次开发，数据的有效应用

消防战训对虚拟场景的真实性有较高的要求，常常要对已有模型进行二次开发，结合多媒体技术和VR技术构建真实可感的虚拟场景，真实立体地展现计算机内的数据公式和计算值，使参训队员的交互体验更为多元。在此基础上，参训队员的感官与三维空间建立连接，对虚拟场景的动态变化作出自然反馈。进行整体设计时，要融合应用基础模型和消防战训工作数据库，使虚拟现实系统的三维图形和消防工作数据相统一，提升其逼真程度。

4.4 三维交互与实景融合

三维模型架构软件可以移植现实中的实景元素，构建三维虚拟场景，满足消防战训的现实需求。将实景中的图形、图像等元素封装到三维模型中重新编排，可以动态规划参训队员在虚拟场景中的交互形式，并预告设定目标识别结果。三维交互和实景管理可被视为三维引擎，可以实时显示三维数据库，提供各类控制三维数据库的参数接口。

4.5 应用模型开发程序

消防战训程序开发以各类火灾场景为情景制作的主要依据，再借助模型描述虚拟火灾现场的特征，从而制定灭火预案。用户界面应该有评价系统，以实现系统的交互设计和功能集成，满足消防战训工作的需求。

5 结语

当前，VR技术已经较为成熟，将其应用于消防战训工作，可以为消防员提供逼真的虚拟场景和交互式互动体验，使消防战训工作更具针对性、自主性和安全性，是对实际灾情救援中因经验不足而导致的救援行动进展缓慢及消防员自我保护能力不足等问题的有效应对。