虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山救護(hù)隊(duì)訓(xùn)練中的應(yīng)用

宋巖

摘 要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生為礦山救護(hù)隊(duì)開(kāi)展日常訓(xùn)練提供了一種全新的模式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)事故進(jìn)行場(chǎng)景的模擬，再現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)，這種訓(xùn)練模式能夠明顯降低訓(xùn)練費(fèi)用，取得更理想的實(shí)訓(xùn)效果。本文在介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況的基礎(chǔ)上，對(duì)礦山救護(hù)隊(duì)訓(xùn)練中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方法和優(yōu)勢(shì)等進(jìn)行詳細(xì)的探討。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);礦山救援;災(zāi)害模擬;安全訓(xùn)練

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.079

0 引言

礦山救護(hù)隊(duì)是對(duì)礦井災(zāi)害事故進(jìn)行搶救的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，救援過(guò)程中，救援人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)，直接關(guān)系著救援工作的成功。定期在真實(shí)模擬的環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)急演練可以豐富救護(hù)人員的救援經(jīng)驗(yàn)，提高救護(hù)人員技術(shù)水平，但是也有很多不足，比如訓(xùn)練費(fèi)用，潛在的大量安全威脅因素，導(dǎo)致完全模擬真實(shí)環(huán)境并不現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好的解決該類(lèi)問(wèn)題，為礦山救護(hù)隊(duì)的應(yīng)急訓(xùn)練設(shè)計(jì)出全新的方式，該技術(shù)可以設(shè)計(jì)出三維可視、用戶界面友好、人機(jī)交互的虛擬環(huán)境，能使隊(duì)員產(chǎn)生同在真實(shí)世界中一樣的感覺(jué)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)，即Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR，是最近幾年中研發(fā)成功且快速推廣的高新技術(shù)，通過(guò)電腦設(shè)計(jì)出一個(gè)三維空間的虛擬世界，形成一個(gè)集聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)為一體的模擬動(dòng)畫(huà)，讓使用者產(chǎn)生如臨其境的感覺(jué)。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征主要如下所示：

（1）構(gòu)想性（Imagination）。即虛擬的空間來(lái)自于人的大腦，來(lái)自于人的想象，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以讓人類(lèi)超越時(shí)間和空間的限制，去體驗(yàn)世界上已經(jīng)發(fā)生和尚未發(fā)生的事情，在一個(gè)新的空間里進(jìn)行探索，總結(jié)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，還可以設(shè)計(jì)出現(xiàn)實(shí)中因?yàn)闂l件限制無(wú)法模擬的事物。

（2）沉浸感（Immersion）。即讓用戶感覺(jué)自己完全置身于環(huán)境中，沉浸在虛擬的世界里，用戶會(huì)以為自己也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)出的一部分，存在于虛擬世界中，成為這個(gè)世界活動(dòng)的參與者，從而完成一定的任務(wù)。

（3）實(shí)時(shí)交互性（Interactivity）。即用戶對(duì)模擬環(huán)境中物體的可操作程度以及從環(huán)境得到反饋的自然程度，某些特殊硬件設(shè)備可以形成交互性，常見(jiàn)于力反饋裝置和數(shù)據(jù)手套等，讓用戶能夠通過(guò)自己的行動(dòng)和反應(yīng)，得到與現(xiàn)實(shí)世界相同的感受。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“3I”特征使其能彌補(bǔ)桌面演練和實(shí)戰(zhàn)模擬演練的不足，它能對(duì)煤礦的五大系統(tǒng)（通風(fēng)、排水、運(yùn)輸、生產(chǎn)、開(kāi)拓）進(jìn)行仿真，虛擬的環(huán)境所帶來(lái)的訓(xùn)練效果比傳統(tǒng)方法要好得多，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 安全

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助隊(duì)員“安全”地接觸危險(xiǎn)的礦山環(huán)境或緊急情況，虛擬的訓(xùn)練環(huán)境中，不存在危險(xiǎn)因素，接受訓(xùn)練的人員可以在虛擬的環(huán)境里演習(xí)各種訓(xùn)練方案，這樣，在確保受訓(xùn)人員人身安全萬(wàn)無(wú)一失的情況下，豐富受訓(xùn)人員的經(jīng)驗(yàn)，提升受訓(xùn)人員的救援技能。

2.2 訓(xùn)練針對(duì)性和可控性強(qiáng)

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)某一技能、戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練、及時(shí)回放評(píng)估總結(jié)，在較短時(shí)間內(nèi)積累豐富的救援經(jīng)驗(yàn)，訓(xùn)練針對(duì)性強(qiáng)，效率高;另外，虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的天氣、災(zāi)害種類(lèi)、人員、裝備都是可設(shè)定的，訓(xùn)練過(guò)程中可以隨時(shí)停止、開(kāi)始，可控性強(qiáng)。

2.3 更強(qiáng)的真實(shí)感

虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建三維場(chǎng)景、人、煙、火等場(chǎng)景特效，為受訓(xùn)者提供逼真的事故現(xiàn)場(chǎng)，使隊(duì)員“身臨其境”，真實(shí)感強(qiáng)，同時(shí)也能鍛煉救護(hù)隊(duì)員在事故現(xiàn)場(chǎng)的心理承受能力，例如，瓦斯?jié)舛葏?shù)的變化可能導(dǎo)致虛擬環(huán)境內(nèi)發(fā)生爆炸，救護(hù)人員的錯(cuò)誤操作可能會(huì)導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

2.4 使用經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好

虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)一旦系統(tǒng)建立起來(lái)，可以長(zhǎng)期反復(fù)使用，省去了實(shí)際模擬演練場(chǎng)景布置、訓(xùn)練損耗等成本，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看經(jīng)濟(jì)效益突出，另外災(zāi)害事故是電腦模擬的，不用擔(dān)心演練過(guò)程中有毒物質(zhì)擴(kuò)散或?yàn)?zāi)害事故失控造成訓(xùn)練參與者傷亡和環(huán)境污染，更安全更環(huán)保。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于礦山救援模擬訓(xùn)練

針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征和優(yōu)勢(shì)，結(jié)合礦山救護(hù)隊(duì)日常訓(xùn)練內(nèi)容，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練分為三個(gè)部分：

（1）儀器操作模擬訓(xùn)練。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將日常使用的救援裝備如氧氣呼吸器、自動(dòng)蘇生器、瓦斯檢定器等設(shè)置于虛擬場(chǎng)景中，通過(guò)示范演示來(lái)教授參訓(xùn)人員救援裝備的使用方法，并能結(jié)合裝備用途及時(shí)設(shè)置裝備使用場(chǎng)景，實(shí)地使用救援裝備，改進(jìn)以往只知簡(jiǎn)單使用方法，實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用不足的缺陷。

（2）一般技術(shù)操作模擬訓(xùn)練。結(jié)合《礦山救護(hù)隊(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化考核規(guī)范》要求，制定符合實(shí)戰(zhàn)要求的相關(guān)訓(xùn)練場(chǎng)景，在仿真場(chǎng)景中將現(xiàn)實(shí)井下救援過(guò)程中某個(gè)一般技術(shù)操作環(huán)節(jié)單獨(dú)剝離出來(lái)，再更換不同的場(chǎng)景和環(huán)境變量，讓訓(xùn)練不再脫離實(shí)戰(zhàn)，增強(qiáng)了隊(duì)員的環(huán)境適應(yīng)能力和危機(jī)處置能力，更好的適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的搶險(xiǎn)救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

（3）模擬救災(zāi)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。個(gè)人能力再?gòu)?qiáng)也要融入集體互相配合才能保證整個(gè)救援行動(dòng)的圓滿完成，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬一起災(zāi)害事故，結(jié)合前期儀器操作模擬訓(xùn)練和一般技術(shù)操作模擬訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)單個(gè)小隊(duì)或整個(gè)中隊(duì)整體作戰(zhàn)，既增強(qiáng)了中隊(duì)實(shí)戰(zhàn)能力，也能鍛煉指揮員的決策指揮能力和臨場(chǎng)處置能力。

4 結(jié)語(yǔ)

使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)救護(hù)隊(duì)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行仿真，促使救護(hù)隊(duì)員可以在虛擬的環(huán)境里掌握各種救援技術(shù)，對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)事故應(yīng)付自如，虛擬現(xiàn)實(shí)救援訓(xùn)練系統(tǒng)中包含游戲和訓(xùn)練兩種成分，可以最大程度上激發(fā)救護(hù)隊(duì)人員的潛力和想象力，使隊(duì)員在游戲中提高能力，另外還有利于真實(shí)模擬演練成本的控制，解決現(xiàn)實(shí)演練存在的不足，是提升救護(hù)人員救援技能的科學(xué)手段。

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