基于虛擬現(xiàn)實(shí)的火災(zāi)逃生系統(tǒng)研究

王飛凡 張桂霞

摘 要：火災(zāi)是人們一直不能輕視的問題，它給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來直接的威脅，火災(zāi)逃生知識(shí)成為了人們必須要掌握的，在現(xiàn)實(shí)生活中，火災(zāi)逃生演練需要的場(chǎng)地和花費(fèi)通常很大，近年來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅速發(fā)展，可以讓我們通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)出虛擬的火災(zāi)場(chǎng)景，人們可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，更直觀的體驗(yàn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，提高學(xué)習(xí)興趣，學(xué)會(huì)逃生，進(jìn)行火災(zāi)安全教育，更形象地學(xué)習(xí)火災(zāi)逃生知識(shí)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);火災(zāi)逃生

引言

通過消防部門的統(tǒng)計(jì)，大部分致命火災(zāi)發(fā)生在居民住宅，暴露出有些居民不懂火災(zāi)逃生方法導(dǎo)致不幸遇難，在火災(zāi)迅速蔓延的時(shí)候，學(xué)習(xí)火災(zāi)逃生方法更能有效幫助我們保護(hù)自己的生命安全，依照火災(zāi)案例，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)一個(gè)交互火災(zāi)逃生系統(tǒng)，使人們掌握火災(zāi)逃生方法。

1 火災(zāi)逃生教育的現(xiàn)狀

現(xiàn)代生活中，人們不可能去親身經(jīng)歷火災(zāi)事故的真實(shí)場(chǎng)景，由于模擬場(chǎng)地的限制，我們常常無法完成在不同場(chǎng)景發(fā)生的火災(zāi)逃生演練，有時(shí)也只能通過專業(yè)的消防人員講解和觀看火災(zāi)逃生的教育視頻來了解火災(zāi)逃生知識(shí)，當(dāng)真正火災(zāi)發(fā)生時(shí)也很難做出正確的判斷，火災(zāi)事故的發(fā)生頻率也越來越高，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境越來越復(fù)雜。用傳統(tǒng)逃生訓(xùn)練方式訓(xùn)練，不但存在很多的局限性，而且消耗了巨大的人力、財(cái)力、物力，產(chǎn)生的效果不理想，普通大眾還沒有多少參與感，學(xué)習(xí)不到火災(zāi)逃生必備的技術(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡介

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，縮寫為VR），又稱靈境技術(shù)，誕生于美國，起初是應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，是20世紀(jì)迅速發(fā)展的集計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)技術(shù)于一身的新興產(chǎn)業(yè)，它的表現(xiàn)形式就是通過計(jì)算機(jī)模擬虛擬的環(huán)境給人一種沉浸感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個(gè)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是將現(xiàn)實(shí)和虛擬相互結(jié)合起來。人們可以看到計(jì)算機(jī)中建設(shè)的虛擬場(chǎng)景，可以在計(jì)算機(jī)中建設(shè)出各種各樣不同三維建模，使人足不出戶也可以游覽各種風(fēng)光，給人一種身臨其境的感覺，運(yùn)用各種輸出設(shè)備在虛擬空間里進(jìn)行互動(dòng)，具有交互性，在教育中，節(jié)省很多人力和物力，與傳統(tǒng)教育不同，可以給學(xué)習(xí)者打造生動(dòng)逼真的環(huán)境。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的火災(zāi)逃生系統(tǒng)建設(shè)

3.1 場(chǎng)景建設(shè)

通過MAYA和3DS MAX軟件對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)三維場(chǎng)景進(jìn)行建模，包括家具的建設(shè)，場(chǎng)景的部署，各種消防設(shè)備的模具，調(diào)整燈光的效果，煙霧和火焰的效果可以增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)感，可以通過粒子動(dòng)畫近似模擬出效果。

3.2 人物建設(shè)

虛擬角色豐富的動(dòng)作能增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)效果，與虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的互動(dòng)更加真實(shí)，虛擬人物的建設(shè)運(yùn)用3D MAX軟件完成，對(duì)虛擬人物加入骨骼系統(tǒng)，進(jìn)而可以完成更多關(guān)于火災(zāi)逃生的動(dòng)作在系統(tǒng)的交互。

3.3 交互建設(shè)

結(jié)合火災(zāi)逃生的方法，在逃生的過程中，通過語言提示做出相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)行交互，在逃生的過程中，會(huì)有各種模具有其他的互動(dòng)，當(dāng)學(xué)習(xí)者使用模具發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的語音提示幫助學(xué)習(xí)者完成正確的步驟，最后通過正確的引導(dǎo)逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)操作者走到有門的位置前，可以模擬手推或拉門動(dòng)作將門打開，消防用的卷簾門在火災(zāi)的情況下自動(dòng)開啟與關(guān)閉模擬各類防火工具的使用; 操作者可以使用建筑內(nèi)的所有消防器材進(jìn)行滅火的操作，消防設(shè)備的使用方法完全模擬真實(shí)生活中的設(shè)備;屋內(nèi)的門窗數(shù)量，模擬現(xiàn)實(shí)中的門窗來進(jìn)行打開和關(guān)閉，也可通過敲碎逃生，此過程會(huì)受傷影響生命值，電梯的模擬，選擇是否進(jìn)入該場(chǎng)景，根據(jù)常識(shí)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)是不能進(jìn)入電梯的，所以進(jìn)入電梯后，逃生就失敗了。

3.4聲音采集與動(dòng)畫的設(shè)計(jì)

3.4.1 聲音采集

通過錄音器將逃生過程中出現(xiàn)的提示語言，物體燃燒的聲音以及人們驚慌地聲音導(dǎo)入Adobe Audition中進(jìn)行裁剪將音頻導(dǎo)入，達(dá)到真實(shí)的效果。

3.4.2 動(dòng)畫設(shè)計(jì)

虛擬角色的控制及其重要，通過編寫代碼，學(xué)習(xí)者可以通過互動(dòng)設(shè)備操控虛擬角色，在火災(zāi)中逃生，虛擬角色在火災(zāi)中逃生觸發(fā)到一些特殊動(dòng)畫，比如過程中發(fā)現(xiàn)自己的財(cái)務(wù)，選擇拿取還是繼續(xù)逃離，進(jìn)行細(xì)致的處理和通過語音的提示讓人們能夠發(fā)現(xiàn)到并做出正確的做法

4 結(jié)論

由于外在因素的限制，火災(zāi)逃生的現(xiàn)場(chǎng)在現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)，逃生演習(xí)也一直不被人們所重視，即使有專業(yè)人士的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)者能夠完成逃生演練中正確的動(dòng)作，在情況緊急時(shí)，特別是面對(duì)真實(shí)的火場(chǎng)，逃生演練中學(xué)習(xí)的動(dòng)作不一定能夠化解危機(jī)。分析火災(zāi)案例后，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助火災(zāi)逃生的方法，建設(shè)虛擬場(chǎng)景，編制了動(dòng)畫程序，采集了聲效。用戶可以通過此系統(tǒng)直觀感受火場(chǎng)場(chǎng)景，運(yùn)用虛擬角色進(jìn)行動(dòng)作，可以自主嘗試，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行逃生演練，出現(xiàn)操作錯(cuò)誤也能不會(huì)傷害身體，并能夠自主領(lǐng)悟正確的逃生方法，學(xué)習(xí)效果更佳。

實(shí)驗(yàn)表明，在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中允許用戶直觀體驗(yàn)“高風(fēng)險(xiǎn)火災(zāi)”，由于系統(tǒng)具有高效的交互性，能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣，為火災(zāi)逃生教育提供了一種新方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]李陽，范則森，權(quán)力濤.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的公共建筑火災(zāi)逃生系統(tǒng)研究[J].決策探索（中），2018（09）：35-36.

[2]謝海明，劉箴.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的居家火災(zāi)逃生系統(tǒng)的研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2012，24（01）：108-112.

作者簡介：

王飛凡，2000年4月，男 ，漢，山東威海，本科，學(xué)士，數(shù)字媒體技術(shù)方向

張桂霞，1980年9月，女，漢，山東濟(jì)南，副教授，碩士，數(shù)字媒體技術(shù)方向

基金：2019年度山東協(xié)和學(xué)院實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目“基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的火災(zāi)逃生系統(tǒng)研究” （編號(hào)：2019SYKF39）。