VR技術(shù)在消防實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練中的應(yīng)用

李降龍

（鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗礦區(qū)消防救援大隊(duì) 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，新型建筑、高層建筑日益增多，建筑密度越來(lái)越大，消防指戰(zhàn)員面臨的危險(xiǎn)性和難度也越來(lái)越大。傳統(tǒng)的基地化實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練存在成本較高、訓(xùn)練設(shè)施單一和轄區(qū)內(nèi)值勤力量不足以及時(shí)應(yīng)對(duì)社會(huì)突發(fā)事件等局限。利用VR技術(shù)在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建三維環(huán)境，可以為消防員打造多樣性、真實(shí)化的模擬戰(zhàn)訓(xùn)環(huán)境，既提高了消防員的實(shí)戰(zhàn)技能和應(yīng)對(duì)復(fù)雜救援現(xiàn)場(chǎng)的能力，又避免了消防實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練（以下簡(jiǎn)稱“戰(zhàn)巡”）中的安全問(wèn)題。

2 VR的概念闡釋及發(fā)展現(xiàn)狀

VR（Virtual Reality）即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它的兩大關(guān)鍵技術(shù)是場(chǎng)景制作和三維建模，主要功能是構(gòu)建仿真環(huán)境，是一種多源信息融合的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真。VR利用人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體等技術(shù)生成虛擬環(huán)境，再通過(guò)VR眼鏡、手套、三維鼠標(biāo)等傳感裝置使用戶沉浸在虛擬環(huán)境中，并通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)等方式使虛擬和現(xiàn)實(shí)進(jìn)行仿真融合和實(shí)時(shí)交互[1]。它突破了時(shí)間、空間的限制，使體驗(yàn)者產(chǎn)生“身臨其境”的逼真感，是一種高級(jí)別的人機(jī)交互技術(shù)。

VR技術(shù)起源于美國(guó)，是一種全新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，該技術(shù)不僅適用于娛樂(lè)游戲，同樣可以應(yīng)用于醫(yī)療、教育、通訊、設(shè)計(jì)及一些特殊工種之中，為相關(guān)人員提供逼真的視角和體驗(yàn)。如今，教育、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域已經(jīng)對(duì)VR技術(shù)進(jìn)行了全方位的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。如：美國(guó)波音公司利用VR技術(shù)研發(fā)出的新產(chǎn)品，可以使設(shè)計(jì)人員對(duì)飛機(jī)的外形、整體布局、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和飛行過(guò)程進(jìn)行身臨其境的觀察、調(diào)整和改進(jìn)。

3 VR技術(shù)在消防戰(zhàn)訓(xùn)中的意義

利用VR技術(shù)在真實(shí)地理環(huán)境、內(nèi)部構(gòu)造和消防設(shè)施的基礎(chǔ)上，虛擬出建筑火災(zāi)、煤礦類火災(zāi)及油罐類火災(zāi)等三維虛擬戰(zhàn)訓(xùn)場(chǎng)景，開(kāi)展日常消防訓(xùn)練時(shí)可分為單兵器材裝備模擬、單兵技能模擬和團(tuán)體協(xié)作實(shí)戰(zhàn)等三個(gè)部分，并將其植入消防訓(xùn)練系統(tǒng)，設(shè)定各種災(zāi)情及不同變化方向，消防指戰(zhàn)員通過(guò)VR手套、眼鏡或三維鼠標(biāo)等傳感裝置選擇相關(guān)消防裝備進(jìn)行虛擬的救援滅火、災(zāi)情處置行動(dòng)。

VR技術(shù)通過(guò)場(chǎng)景模擬、計(jì)算機(jī)、觸覺(jué)反饋傳感等技術(shù)對(duì)火災(zāi)中的參數(shù)進(jìn)行合成處理，以數(shù)字方式將滅火預(yù)案中需要執(zhí)行的任務(wù)直接反映到大腦中，進(jìn)行滅火救援活動(dòng)。這種模式可以充分掌握消防員在滅火過(guò)程中的體能、技能和心理素質(zhì)等，使消防員積累豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，提高整體訓(xùn)練實(shí)效。其積極意義可以概括為以下幾點(diǎn)：（1）使受訓(xùn)人員可以身臨其境地置身于各種特殊的受訓(xùn)場(chǎng)景，提升個(gè)體的滅火救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力和團(tuán)體協(xié)作能力，使訓(xùn)練更具針對(duì)性；（2）受訓(xùn)者通過(guò)VR虛擬環(huán)境，可以隨時(shí)隨地針對(duì)自身需要展開(kāi)訓(xùn)練，也可以對(duì)特定場(chǎng)景、環(huán)節(jié)反復(fù)訓(xùn)練，使訓(xùn)練更具自主性；（3）受訓(xùn)人員可以大膽嘗試各種救災(zāi)場(chǎng)景和不同救災(zāi)方式，尤其是一些劇毒性、危險(xiǎn)性的訓(xùn)練科目，使訓(xùn)練更安全[2]。

4 VR技術(shù)在消防戰(zhàn)訓(xùn)中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 構(gòu)建三維模型

三維模型是VR技術(shù)中最基礎(chǔ)、最重要的內(nèi)容，是在平面圖紙、照片和遙感圖像的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的三維場(chǎng)景。當(dāng)前常用的建模軟件有MAYA、3DMAX、AUTOCAD、JAVA3D、DIRECTX、OPENGL等，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域和方向來(lái)匹配選擇。

4.2 制作模擬場(chǎng)景

消防戰(zhàn)訓(xùn)三維虛擬場(chǎng)景的制作通常要選用提前做好的模型，在考察真實(shí)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上利用VR技術(shù)將現(xiàn)有的模型規(guī)劃重組，并且根據(jù)消防戰(zhàn)訓(xùn)的需要進(jìn)行修改、調(diào)整，并設(shè)置互動(dòng)操作、移動(dòng)路徑等，便于消防戰(zhàn)訓(xùn)工作的開(kāi)展[3]。最后，在反復(fù)試驗(yàn)后建立起三維場(chǎng)景，經(jīng)過(guò)調(diào)試及試用，確保模擬場(chǎng)景的質(zhì)量，產(chǎn)品就可以發(fā)布使用了。這種基于真實(shí)環(huán)境的消防戰(zhàn)訓(xùn)場(chǎng)景可以再現(xiàn)種種細(xì)節(jié)，使參訓(xùn)隊(duì)員在人機(jī)交互過(guò)程中獲得真實(shí)感受。

4.3 模型的二次開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用

消防戰(zhàn)訓(xùn)對(duì)虛擬場(chǎng)景的真實(shí)性有較高的要求，常常要對(duì)已有模型進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，結(jié)合多媒體技術(shù)和VR技術(shù)構(gòu)建真實(shí)可感的虛擬場(chǎng)景，真實(shí)立體地展現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)公式和計(jì)算值，使參訓(xùn)隊(duì)員的交互體驗(yàn)更為多元。在此基礎(chǔ)上，參訓(xùn)隊(duì)員的感官與三維空間建立連接，對(duì)虛擬場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化作出自然反饋。進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)，要融合應(yīng)用基礎(chǔ)模型和消防戰(zhàn)訓(xùn)工作數(shù)據(jù)庫(kù)，使虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三維圖形和消防工作數(shù)據(jù)相統(tǒng)一，提升其逼真程度。

4.4 三維交互與實(shí)景融合

三維模型架構(gòu)軟件可以移植現(xiàn)實(shí)中的實(shí)景元素，構(gòu)建三維虛擬場(chǎng)景，滿足消防戰(zhàn)訓(xùn)的現(xiàn)實(shí)需求。將實(shí)景中的圖形、圖像等元素封裝到三維模型中重新編排，可以動(dòng)態(tài)規(guī)劃參訓(xùn)隊(duì)員在虛擬場(chǎng)景中的交互形式，并預(yù)告設(shè)定目標(biāo)識(shí)別結(jié)果。三維交互和實(shí)景管理可被視為三維引擎，可以實(shí)時(shí)顯示三維數(shù)據(jù)庫(kù)，提供各類控制三維數(shù)據(jù)庫(kù)的參數(shù)接口。

4.5 應(yīng)用模型開(kāi)發(fā)程序

消防戰(zhàn)訓(xùn)程序開(kāi)發(fā)以各類火災(zāi)場(chǎng)景為情景制作的主要依據(jù)，再借助模型描述虛擬火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的特征，從而制定滅火預(yù)案。用戶界面應(yīng)該有評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)和功能集成，滿足消防戰(zhàn)訓(xùn)工作的需求。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，VR技術(shù)已經(jīng)較為成熟，將其應(yīng)用于消防戰(zhàn)訓(xùn)工作，可以為消防員提供逼真的虛擬場(chǎng)景和交互式互動(dòng)體驗(yàn)，使消防戰(zhàn)訓(xùn)工作更具針對(duì)性、自主性和安全性，是對(duì)實(shí)際災(zāi)情救援中因經(jīng)驗(yàn)不足而導(dǎo)致的救援行動(dòng)進(jìn)展緩慢及消防員自我保護(hù)能力不足等問(wèn)題的有效應(yīng)對(duì)。