虛擬現(xiàn)實技術(shù)在消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中的應(yīng)用

唐斌

（九江市公安消防支隊廬山區(qū)消防大隊，江西 九江 332000）

隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，高層建筑、地下建筑、大型化工企業(yè)等各種新型建筑不斷涌現(xiàn)，使消防工作面臨了新的挑戰(zhàn)，各類建筑火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展越來越復(fù)雜，給滅火救援工作帶來巨大的困難。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中，有利于解決消防工作中的這些新問題。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概述

虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，簡稱VR)技術(shù)是指利用人工智能、計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、多媒體、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及電子、機(jī)械、視聽等高新技術(shù)，模擬人在特定環(huán)境中的視、聽、動等行為的高級人機(jī)交互技術(shù)。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于計算機(jī)創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計算機(jī)中去生成一個以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這個環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中的意義和發(fā)展方向

由于虛擬現(xiàn)實中的場景是虛構(gòu)的，因此，它既可以是真實世界中場景的重現(xiàn)，也可以是完全虛構(gòu)的場景。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以解決許多按傳統(tǒng)方法難以或者無法解決的問題。

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使過去以體能、技能和程序化模式相結(jié)合的訓(xùn)練法轉(zhuǎn)變?yōu)轶w能、技能、智能和親身體會實戰(zhàn)相結(jié)合的仿真模式訓(xùn)練法，讓作戰(zhàn)人員感覺到像直接進(jìn)人火災(zāi)事故現(xiàn)場一樣。我們通過場景模擬技術(shù)，動態(tài)實時的立體聽覺生成技術(shù)，三維定位、方向、觸覺反饋傳感技術(shù)，利用計算機(jī)對火場的各種參數(shù)進(jìn)行合成處理，按照滅火預(yù)案基本的組織指揮程序，把任務(wù)以數(shù)字的方式反映到人的大腦中，按照各自的分工和職能展開滅火作戰(zhàn)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)最重要的一點(diǎn)是實施滅火作戰(zhàn)過程中可以完成對指戰(zhàn)人員火場作戰(zhàn)中的體能、智能、技能以及心理素質(zhì)測試虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用將會大大提高訓(xùn)練的效能比；虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用將使全體指戰(zhàn)員積累應(yīng)付火災(zāi)的豐富經(jīng)驗，特別針對一些不能正常開展的劇毒性、危險性科目的訓(xùn)練，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可以取得良好的訓(xùn)練效果。

2.2 滅火作戰(zhàn)預(yù)案可以在火災(zāi)時幫助消防部門了解建筑物的位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用性質(zhì)、人員、疏散出口和消防設(shè)施等情況，研究可能的起火情形及迅速制訂合理的作戰(zhàn)方案，提高現(xiàn)場作戰(zhàn)指揮的效率和能力。傳統(tǒng)的消防預(yù)案主要通過文字與二維平面圖描述建筑物的相關(guān)信息和作戰(zhàn)部署，對于一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的建筑，難以充分和直觀地表現(xiàn)內(nèi)外部的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也難以描述火勢和煙霧在建筑內(nèi)部的發(fā)展和蔓延過程。另外，傳統(tǒng)的消防預(yù)案還缺乏足夠的分析功能，例如難以對火勢、煙霧的發(fā)展和蔓延進(jìn)行即時分析和預(yù)測，難以對消防設(shè)備的使用情況進(jìn)行即時查詢、統(tǒng)計和優(yōu)化，難以評估建筑內(nèi)部火和煙霧的蔓延對人員疏散的影響等。為了使消防戰(zhàn)士熟悉滅火作戰(zhàn)方案和消防設(shè)備的操控，保證火災(zāi)發(fā)生時滅火作戰(zhàn)方案能夠得到順利實施，需要舉行消防作戰(zhàn)演習(xí)。類似地，為了保證火災(zāi)中人員能夠及時安全疏散，以及檢查疏散過程中可能出現(xiàn)的問題（例如建筑內(nèi)部空間過于復(fù)雜，疏散標(biāo)志不夠明顯等），還需要舉行緊急疏散演習(xí)。然而，滅火作戰(zhàn)演習(xí)和緊急疏散演習(xí)都存在成本高昂、可重復(fù)性差的問題，而且，若在演習(xí)中添加火焰和煙霧的效果，以考慮火和煙霧對滅火作戰(zhàn)和緊急疏散的影響，則在一定程度上可能造成事故，具有一定的危險性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為解決上述問題提供了新途徑，帶來了消防領(lǐng)域工作方式和觀念的變革。

3 實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)

在實際應(yīng)用中，我們利用了虛擬現(xiàn)實可視化的特點(diǎn)，使用3D模型達(dá)到事物的仿真，結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立模擬仿真系統(tǒng)并將其應(yīng)用于工作中。

3.1 三維建模

根據(jù)現(xiàn)有的照片、平面圖紙、遙感照片等原始的二維圖片，使用3DMAX等工具構(gòu)建模型。三維模型是虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)過程的第一步，建模的工具多種多樣，常用的工具有3DMAX、MAYA、JAVA3D、AUTOCAD、OPENG L、DIRECTX等免費(fèi)3D開發(fā)程序等等。

3.2 場景制作

場景制作是利用處理好的模型，構(gòu)建場景，需要考察真實環(huán)境，利用虛擬現(xiàn)實軟件對現(xiàn)有模型進(jìn)行重新組合，對場景規(guī)劃布局、添加綠化、設(shè)置動畫路徑、編輯互動操作界面等，最后進(jìn)行發(fā)布。3D場景可實現(xiàn)真實環(huán)境的仿真，實現(xiàn)簡單的人機(jī)交互。

3.3 模型與數(shù)據(jù)庫二次開發(fā)

模型與數(shù)據(jù)庫經(jīng)過二次開發(fā)所形成的虛擬現(xiàn)實軟件產(chǎn)品是3D模型的深層應(yīng)用，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)。使用VR技術(shù)與多媒體及可視化技術(shù)相結(jié)合，可以創(chuàng)造一種虛擬的真實環(huán)境，可以將孤單的數(shù)據(jù)公式、計算數(shù)值用完全真實的立體效果表示出來，并且人們可以交互式地控制這種表示結(jié)果，可以通過動態(tài)改變參數(shù)來觀察計算結(jié)果。基礎(chǔ)模型必須與數(shù)據(jù)庫結(jié)合，才能實現(xiàn)三維圖形與應(yīng)用數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、動態(tài)管理。

3.4 三維實時交互和視景管理軟件

三維實時交互和視景管理軟件又稱為三維引擎，是用戶開發(fā)應(yīng)用程序的支持工具。引擎的基本功能是三維數(shù)據(jù)庫的實時顯示，提供控制三維數(shù)據(jù)庫中的各種參數(shù)的接口，封裝圖形、聲音的實現(xiàn)平臺。同時，引擎還為復(fù)雜的應(yīng)用如碰撞檢測、智能目標(biāo)、景物動態(tài)生成等提供內(nèi)部支持。

3.5 以模型驅(qū)動的應(yīng)用程序開發(fā)

用戶程序的開發(fā)主要是針對各種典型火災(zāi)場景和滅火預(yù)案，建立描述虛擬環(huán)境中景物多種特征的模型，并將這些模型分解為對三維數(shù)據(jù)庫的控制，并通過引擎提供的各種實現(xiàn)所需要的控制。另外，還要進(jìn)行交互過程設(shè)計，用戶界面設(shè)計及評價系統(tǒng)設(shè)計，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集成。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)運(yùn)用于消防戰(zhàn)訓(xùn)工作面臨的困難

從技術(shù)層面上來說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)確實能夠輔助消防戰(zhàn)訓(xùn)工作，解決很多現(xiàn)實問題，但就目前國內(nèi)消防部隊的實際情況而言，要想在消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還存在不少的困難和障礙。

一是虛擬現(xiàn)實技術(shù)推廣的成本較高，不是每支消防部隊都有條件購買并投入使用；二是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的實現(xiàn)是一項龐大的系統(tǒng)工程，雖然消防部隊近些年引進(jìn)了不少計算機(jī)專業(yè)人才，但現(xiàn)實人員配備不論從專業(yè)水平還是數(shù)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求；三是國內(nèi)在虛擬現(xiàn)實研究方面剛剛起步，技術(shù)上并不是很成熟，還需要進(jìn)一步的探究和摸索。

[1]汪成為，高文，王行仁.靈境（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)的理論、實現(xiàn)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996.

[2]陳馳，任愛珠，張新.基于虛擬現(xiàn)實的建筑火災(zāi)模擬系統(tǒng)[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2007，16（1）：55-60.

[3]鄭少青，曾真.可視化仿真技術(shù)在消防訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2008，5：13，60-61.

[4]劉林，黃瑋.淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在構(gòu)建“數(shù)字消防”中的應(yīng)用[J].數(shù)字石油和化工，2009，7：118-120.

[5]梁好.淺談虛擬現(xiàn)實在消防工作中的應(yīng)用[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版)，2006，9：22-23，27.

[6]曾穎，汪青節(jié).虛擬現(xiàn)實技術(shù)在消防中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2006，25：66-67.