VR技术在消防实战训练中的应用

杨宇龙

摘要：目前我国高层建筑、超高层建筑、新型建筑的数量越来越多，同时密度不断增加，导致消防救援工作的危险性以及难度均持续增加，若仅采用传统的方式开展实战训练工作，训练成果可能与实战情况不完全适应，所以有必要应用先进的科技作为辅助。当前VR技术已经发展至成熟阶段，将其应用于消防实战训练当中，有利于提升实战训练的可行性及可操作性。现主要针对VR技术在消防实战训练中的应用进行分析，以供参考。

关键词：VR技术；消防实战训练；应用措施

VR技术也就是虚拟现实技术，在计算机技术高速发展的背景下逐渐成熟，对其进行应用，可以重现真实世界中的各方面场景，且可针对诸多采用传统方法不能解决或难以解决的问题进行有效处理，例如在消防领域，诸多专勤器材数量少且价格昂贵，如果实战训练中频繁使用专勤器材，则训练成本过高，特别是诸多真实的抢险救援场景难以再现，也不能重复使用，导致训练效果和效率受到严重影响[1]。由此可见，在消防实战训练中合理应用VR技术，可以对既往训练工作中存在的不足之处进行有效弥补，也就更有利于提升消防实战训练的有效性。

1 VR技术在消防实战训练中应用的意义与优势

1.1  应用意义

VR技术属于一类新型计算机技术，不仅可应用于娱乐游戏当中，更是能够在教育、医疗、设计、通信等多个类型的特殊工种中，为相关工作人员提供逼真的体验和真切的视角，从而起到重要作用。当前我国互联网及教育等多个行业已经针对VR技术进行了深入开发和应用，特别是对于消防训练工作来说，通过应用VR技术，可以在真实的地理环境中对煤矿火灾、建筑火灾、油罐火灾等多种实战场景进行三维虚拟，也就更有利于提升消防实战训练的效果和效率。

针对消防、救援、抢险等不同类型的工作任务，当前消防日常训练根据不同的训练目标，将VR技术应用于相应的训练系统，可以呈现出不同的场景、不同的火灾情况，指战员仅需使用VR眼镜、VR手套或是三维鼠标等传感装置，即能合理选择应用消防装备开展抢险救援工作训练，原因在于，VR技术可以联合应用触觉反馈传感技术、计算机技术以及场景模拟技术，通过调整参数合成火灾场景，场景可以通过数字化的形式将任务反映至大脑，也就可以在场景中开展训练活动。这一模式不仅可以提升消防实战训练工作的便捷性，还可实时掌握消防员的技能水平、体能水平和心理素质水平，有利于相关领导以及消防员自身认识到专业能力中存在的不足之处，同时也有利于消防员不断积累实战经验和提升专业水平，进而促使实战訓练整体效果得到提升[2]。

从整体上来看，VR技术应用于消防实战训练的意义主要包括以下几个方面：①训练过程中消防员更有身临其境的感受，训练过程更加具有针对性，也就可以更加有效地提升其整体协作能力以及现场应变能力；②消防人员可以根据自身训练需求设置专门的虚拟场景，训练过程的自主性显著提升；③救灾场景以及救灾方式可以反复应用，特别是危险性较高或是存在剧毒的训练项目，其训练过程更加安全。

1.2  应用优势

在消防实战训练中应用VR技术不仅可以提升训练效率，而且能降低成本，更有利于提升消防人员的专业技能水平以及指挥决策能力，所以，相对于既往传统的训练手段来说，应用VR技术的优势主要在于以下几个方面：

1.2.1  提升训练效率

应用VR技术可以根据训练需求设置不同类型的火灾以及事故场景，场景的复杂程度以及事件的发展程度均可自行调节，场景与实际情况更加契合，也就更有利于锻炼消防员的应变能力，并加速其经验积累。且应用VR技术时，实战训练不会受到时间、天气等各方面客观因素的影响，所以可以显著提升训练效率。

1.2.2  可扩展性较大

VR技术中包含数字技术，可以设置多种不同的训练场景，系统整体可塑性良好，并且，通过应用网络技术，不同系统之间可以进行互联，也就可以开展远程训练或是联合训练工作[3]。

1.2.3  控制训练成本

在应用VR技术时，训练系统需要应用计算机以及传感器作为基础训练设备，整体系统呈现出小型化和轻量化特点，且训练过程中不需消耗燃料、发烟器、灭火器等耗材，系统运行能耗较低，后期维护成本较低，所以可以有效控制消防实战训练成本，即使开展大型综合演练，因为可以实现虚拟化和网络化，所以训练成本显著低于既往。

2 VR技术应用于消防实战训练的主要研究成果

以大空间建筑中的火灾特点为基础，中国矿业大学与中国科学技术大学共同创建了大空间建筑火灾VR系统，系统中的三维图形显示以Open GL为基础，选用场区复合模型对火灾模型进行呈现，用户仅需应用立体眼镜即可对建筑环境以及事故情况进行观察，应用VR手套或是三维鼠标等外部设备，还可进行移动、使用工具以及拾取等操作，整体上交互性以及沉浸性均较为良好，更有利于消防员熟悉火灾场景和提升其反应能力，同时还可针对其参与消防救援工作时的心理状态进行了解和研究[4]。

中国人民武装警察部队学院针对油罐火灾的灭火救援指挥工作开发了相应的计算机模拟训练系统，其属于分布式的仿真系统，其中主要包含总指挥部、冷却灭火和供水保障指挥部以及导演部，需要使用火灾三维场景联合GIS系统共同作为交互界面，并采用Microsoft COM/DCOM/COM+进行信息传输，且还具有引导火灾态势、生成灭火方案和评价作战方案等功能，整体上训练评估效果和智能推理效果较强，可有效提升指挥员在油罐火灾救援工作中的战术素质和指挥能力。

3 VR技术在消防实战训练中的应用

3.1  应用分布式交互仿真平台

分布式交互仿真平台可以借助网络实现仿真与VR技术的结合，从而构建起分布式的虚拟仿真系统，VB-link中即包含这一功能。其支持应用DIS协议或是应用新的HLA结构，并能发挥出强大功能，不仅程序员界面简洁实用，且包含专家技术支持，整体上专业性较强，应用便捷性较强，同时可以降低应用风险和应用成本，开发周期也相对较短，后期维护工作同样便捷，在需要进行场景创新时，也可更加便捷高效地进行更新。

3.2  构建三维模型

VR技术之中最基础且最重要的组成部分即为三维模型，其需要以平面图纸、遥感图像以及照片共同作为基础。当前应用频率较高的建模软件包括Java 3D、Maya、Open GL等，具体应用时，应该根据实际场景和应用方向选择最适宜的建模软件。一般情况下，三维建模软件均从Windows平台中进行下载，应用时可针对不同场景、不同事物设置相应的参数，以控制其形状和行为。且虽然可以应用的建模软件数量较多，但是当前应用效果最为良好的是MultiGen Creator，其不仅可以有效满足实时性需求，且因为建模功能强大，所以可以生成大面积的、真实性较高的场景[5]。

3.3  制作模拟场景

将三维虚拟场景应用于消防实战训练之前，应该先完善模型的制作工作，也就是需要以真实场景为基础，通过VR技术重新规划场景模型，并根据训练需求进行合理调整，同时还应设置移动路径、救援要求等，以提升训练的真实性。并且，三维场景在投入实际应用之前，必须先进行反复调试，保障场景质量优良、细节清晰，从而能够为实战训练工作的顺利开展提供基础。此外，每一次训练过程中，均应针对虚拟场景的使用情况进行总结，提出其中的不足之处，并及时进行合理调整，保障场景整体与训练需求完全适应，以提升系统的应用效果，方可促使消防实战训练工作的效率和效果得以提升。

3.4  二次开发模型

因为消防实战训练要求虚拟场景的真实性达到一定程度，所以针对已经投入应用的三維模型，必要时还应开展二次开发工作，也就是需要将VR技术与多媒体技术进行联合应用，对更加真实的虚拟场景进行构建，使计算机中的各项参数更加充分地体现在三维虚拟场景之中，以提升虚拟场景的真实感，同时也可强化消防员在训练过程中体验的多元性。并且，通过三维模型的二次开发，消防员的各方面感官均能够与三维空间构建起关联，从而更加熟悉工作场景、更加有效地适应场景动态变化，也就有效提升了消防实战训练的效果[6]。

3.5  三维交互和实景融合

通过应用三维模型架构软件，现实中的各类实景元素均可应用于三维模型之中，从而构建起更加真实的虚拟场景，并有效满足消防实战训练的发展需求。在此过程中，需要将实景中的图像、图形等三维架构元素纳入三维模型设计编排工作中，以呈现出动态规划的虚拟场景交互模式，并可对既定的目标识别结果进行预告。需要注意的是，在针对三维模型虚拟场景进行整体设计时，需要充分应用消防实战训练工作数据库中的各项信息，保障模型场景的各方面情况均完全符合实际的消防工作数据，以提升场景的真实度，也就需要合理应用三维实时交互和实景管理软件，该软件也可被称为三维引擎，其属于开发应用程序的主要工具，基本功能为实时显示三维数据库中的数据，以能够针对其中不同参数所对应的API接口、声音以及封装图形的实现平台进行合理控制，同时还可针对智能目标、碰撞检测等更加复杂的应用提供一定程度的内部支持，当前应用频率较高的三维引擎包括Open GVS、Open GL等。

3.6  应用模型开发程序

消防实战训练过程中需要应用不同的火灾场景，所以针对相应的程序进行开发，也就需要将不同的火灾场景作为情景制作的重要参考，并采用模型对虚拟火灾现场的整体情况进行描述，并制定科学合理的灭火方案。另外，在程序的用户界面包含评价系统，有利于提升系统整体的功能集成效果和交互设计水平，从而更加有效地满足消防实战训练需求。

4 VR技术在消防实战训练中的应用展望

根据目前的情况来看，VR技术已经在消防实战训练中得到了较好的应用，为消防员提升专业技能水平提供了重要动力，与此同时，火灾科学研究工作更加深入，计算机技术也持续发展，与消防相关的虚拟训练技术得到了不断优化和完善，在其中应用VR技术，可使交互性、实时性和沉浸性更加良好，也就可以显著提升消防实战训练效果。但是从整体上来看，该项技术并不十分成熟，其中还存在诸多问题需要进行更加深入的研究，主要包括以下几个方面：

4.1  可视化研究

当前消防实战训练中应用VR技术，仅能针对建筑火灾进行成熟、完善的模拟，对于气体火灾、液体火灾、森林火灾或是爆炸等情况，其中的可视化方法仍然需要进行研究，且火灾发展以及灭火机理等相关的可视化工作也尚不成熟，所以为了提升模拟训练过程中的交互性、沉浸感以及构想性，需要进一步提升其中的可视化水平，方能提升消防员的训练效果[7]。

4.2  研究虚拟场景灭火模型

因为物质燃烧的理化性质各不相同，加上建筑结构、自然天气等各方面因素影响，火灾的发生频率以及发展范围、危害程度、猛烈程度等均难以有效预估，且即使同一类物质进行燃烧，也会受到数量、存储状态、空气对流等各方面的影响，呈现出不同的燃烧状态，所以需要针对虚拟火灾灭火模型进行深入研究，以能够更加真实地模拟火灾发生和发展过程，从而促使消防员更加熟悉真实的火灾场景，也就更有利于提升实际灭火救援工作的效果。

4.3  装备训练系统的开发

目前的消防实战训练系统主要可以在指挥决策能力训练以及火灾场景实战训练中进行应用，为了进一步提升训练效果，应该积极开发相应的装备训练系统，以能够针对灭火、堵漏、破拆、侦查等各项专业技能进行针对性训练，从而提升消防员的整体专业技能水平。

4.4  提供感知技术

开展消防实战训练工作时，系统主要能够针对消防员的视觉、听觉和触觉进行刺激，但是真实的火灾场景远不止于此，所以还需进一步研究嗅觉、方位以及热辐射等感知技术，以进一步优化感知训练系统，并充分提升消防实战训练系统的真实性，从而加深训练过程中的体验感。

5 结语

综上所述，当前VR技术的应用已经较为成熟，在消防实战训练中应用VR技术，可以提供更加真实的虚拟场景和更加深入的互动体验，也就更有利于提升消防实战训练工作的安全性、有效性、自主性、针对性，从而帮助消防员快速积累经验和提升专业技能水平。但与此同时，其中也存在诸多不足之处，导致部分训练工作不能有效开展，也就还需要开展可视化研究、虚拟场景灭火模型研究以及装备训练系统的开发等工作，以进一步提升VR技术在消防实战训练中的应用效果，并为我国消防相关工作水平的持续提升打下重要基础。

參考文献：

[1]陈博.消防员实战化教学训练中虚拟现实VR技术的应用探讨[J].大科技，2021（36）：209-210.

[2]韩志远.VR虚拟仿真模拟训练系统在消防实战训练中的运用和实践[J].数字化用户，2019，25（36）：122.

[3]邓鹏，袁狄平，靳学胜，等.石化基地灭火救援指挥VR训练系统设计与实现[J].中国安全科学学报，2021，31（12）：160-166.

[4]巩政.VR技术的消防日常训练中的运用[J].江西化工，2017（2）：

214-215.

[5]杨可男，张均东，叶子文，等.基于虚拟现实技术的救助船对外消防培训仿真系统[J].上海海事大学学报，2019，40（2）：95-100+108.

[6]王振雄，巩竞，王飞，等.基于VR的消防模拟训练虚拟系统设计与实现[C]//2007年中国科学技术协会年会论文集，2007：474-482.

[7]廖奇.谈实战化训练环境对消防部队灭火救援能力的提升[J].武警学院学报，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