基于VR的特種災害事故救援模擬訓練模塊及功能探析

摘要：特種災害事故救援處置頻率日益上升，開展高效的模擬訓練勢在必行。基于VR的特種災害事故救援處置模擬基礎訓練可在多場景、多災種情境下展開，具有低成本、高效益的優勢。該模擬基礎訓練可分為認知、操作、心理訓練和考核四個模塊，每個模塊都有各自的功能。

關鍵詞：VR;特種災害事故;救援處置;訓練模塊

一、基于VR的特種災害事故救援處置基礎訓練概述

通俗地講，特種災害事故救援就是除常見、常規外的事故救援，即在應急救援任務中，消防員除常規的滅火救援、建筑、森林火災、危化品、水域、地震、交通事故救援救助等外的，還會遇到電梯、船舶、航空器、核生化、空難、臺風、海嘯等特種災害事故的應急救援[1]。由于消防職能任務的擴展和日益復雜的災害事故形勢，近年來消防救援隊伍參與特種災害事故救援和處置的頻率有所增加。特種災害事故對救援和處置的要求較高，體現為專業性強、技術要求高、裝備和救援程序特殊等。

虛擬現實（Virtual Reality）技術，即VR技術，是一項綜合了計算機仿真、圖形學、圖像處理、人機交互、傳感與識別等多項技術的總稱。通過虛擬現實，可以提供給用戶真實自然的體驗，包括聽覺、視覺、觸覺甚至嗅覺上的刺激，并且由虛擬現實創建沉浸感（Immersion）和交互性（Interaction）[2]。

基于VR虛擬現實的特種災害事故救援處置模擬基礎訓練，就是把VR技術與特種災害事故救援處置所需的基礎訓練結合起來，在對基礎訓練科目的虛擬真實模擬訓練基礎上提高受訓者認知水平、操作能力、心理素質和考核成績。這樣做能有效針對各種特種災害事故的特點，利用一系列綜合技術實現近乎真實的場景，實現高度仿真的模擬訓練。較建設實景模擬訓練設施而言，基于VR的模擬訓練具有低成本、多場景、全方位的訓練體驗，能有效提升訓練效果。與傳統的訓練設施相比，虛擬現實設備和配套訓練應用的成本更低，同時VR可以將無限的虛擬空間送到受訓人員眼前[3]。尤其在基礎訓練方面，比如對某種災害事故的認知、判斷以及簡單操作和應對等基本能力素質的訓練，基于VR的特種災害事故救援處置基礎訓練可以實現足不出戶就能獲得與真實場景相當的訓練效果。根據特種災害事故救援處置的需求，可以把基于VR技術的虛擬現實基礎訓練分為四個模塊：認知訓練模塊、操作訓練模塊、心理訓練模塊和考核模塊。

二、基于VR的特種災害事故救援處置模擬基礎訓練模塊及功能

基于VR的特種災害事故救援處置模擬基礎訓練模塊涵蓋數據、應用和用戶三個邏輯層面。受訓者即用戶，通過事先儲存的可視化數據進行人機交互，結果由應用軟件進行處理。其中數據分為兩部分，一部分是應用層面的軟件事先制作或寫入的數據，比如通過渲染的虛擬真實場景;一部分是人機交互所產生的數據。因此，模擬基礎訓練系統設計為C/S架構，包含了客戶端、數據存儲器和數據處理器三個部分。

以下四個模塊主要是針對數據層面和應用層面的使用及功能開發。

（一）認知模塊及功能

1.屬性認知

在受訓者進行人機交互時，為受訓者提供某種特殊物質的VR圖像，或者某種場景和狀態，輔助其認識和掌握特定物質和現象。比如呈現一種航空燃油儲罐的燃燒狀態，讓受訓者學習它臨近爆炸時的煙霧顏色和火光等現象;在裝備方面，為受訓者提供特種裝備的VR圖像，幫助其掌握裝備的構成、功能等屬性。比如我們可以提供一套防輻射服的圖像，讓受訓者學習它的材料、功能和防護等級等基礎知識。

2.構造認知

提供由3D制圖軟件渲染的模擬真實場景的VR圖像，讓受訓者熟悉其內部構造。比如讓受訓者學習船舶、航空器的內部構造，我們就可以提供其VR的內部結構圖像，讓其在人機互動中了解掌握逃生通道、撤離路線等關鍵知識。我們可以把船舶或航空器3D模型圖像編程，做成一個VR的郵輪或者客機的構造認知軟件模塊，然后通過客戶端進行人機交互，讓受訓者身臨其境地“體驗”該類型船舶或航空器的內部環境，判斷緊急情況下的出口通道，以及逃生急救設施的位置等，還可以設置一些類似事故場景的構造讓受訓者適應其環境的變化。

（二）操作模塊及功能

通過添加特種災害救援處置裝備器材的3D圖像，結合簡單的虛擬場景就可以實現對器材和相應程序的模擬操作：

1.器材操作的模擬

把某種器材如蓋格計數器，做成VR圖像，讓受訓者在虛擬真實場景中“測量”某種“放射性物質”的輻射量。再比如模擬洗消或爆炸物探測的器材操作等，讓受訓者熟悉掌握器材性能和使用方法。

2.程序操作的模擬

模擬救援處置案例，讓兩人以上的受訓者在同一預設情境中演練完整規范的處置程序。比如對傷者進行簡單的施救，避免錯誤程序造成二次傷害。比如模擬一個狹小空間的救援，讓受訓者熟悉一整套施救的程序。

（三）心理訓練模塊及功能

模擬真實的特種災害事故救援處置場景，可以很好地實現心理訓練的效果。心理訓練模塊可分為以下兩種：

1.災害事故場景仿真

制作近乎真實的災害事故場景，通過VR客戶端設備讓受訓者置身于該場景中，訓練其面對災害事故場景時的心理承受能力和調節能力。比如制作一個“空難”的事故場景或者一個船舶事故的現場，或者模擬一場臺風過后的場景、一次海嘯過后的場景等。可以在畫面中呈現近乎真實的高像素虛擬對象，比如湍流、傷者、殘破的建筑等，以造成受訓者強烈的視覺沖擊和心理反應，從而鍛煉應對災害事故時的心理素質。

2.突發狀況模擬

把受訓者置身于事先設定的情境中，并設置突發狀況，比如突發的坍塌、高空的墜落、突發爆炸等，訓練其臨危不亂的心理素質。比如模擬一個隧道或橋梁坍塌事故，設置周圍不穩定環境，隨時有構筑物坍塌和墜落，以及危化品爆炸，加入聲音、畫面等災害事故環境因素，鍛煉受訓者在極端條件下冷靜沉著的心理素質，并訓練撤離時的安全意識和迅速反應等心理素質。

（四）考核模塊及功能

把以上三個模塊中的虛擬場景、虛擬裝備等數據編成考核程序，在一定的考核標準范圍內可以實現三個層面的考核模式：

1.基本判斷考核

把認知模塊中的VR圖像關鍵知識點進行融合，編入軟件的預設情境，考核其對屬性、構造等基本認知的判斷，可以實時糾正其認知錯誤，也可以在預設情境進行完成后形成考核成績。

2.基本操作考核

讓受訓者在考核系統中“操作”一個或幾個裝備完成一項或幾項任務，復雜程度視考核難度而定。若按規定完成任務，則顯示合格，若操作有誤，則出現相應的結果，考核不合格，以分不同的情況多場景呈現。

3.協同和程序考核

通過預設多人協同進行救援和處置的場景，由外接顯示設備投屏的方式讓考官評判受訓者在救援和處置中是否做到有效協同、程序規范。考核標準可根據救援技術規范或課程標準制定，考核對象在相應時間完成既定任務即視為考核通過。

三、結語

當下正值消防救援隊伍全面發展時期，“全災種、大應急”的國家綜合性應急救援力量格局正在形成。在國家綜合性消防救援隊伍處置特種災害事故的能力穩步提升的今天，利用VR虛擬現實技術大幅提升訓練效能，為保護人民生命財產安全作出貢獻，是一件利國利民的好事。

參考文獻：

[1]商靠定，王鐵，劉靜等.特種火災撲救及典型案例[M].北京：化學工業出版社，2017.

[2]陳浩磊，鄒湘軍，陳燕.虛擬現實最新發展技術展望[J].中國科技論文在線，2011，6（01）：1-4.

[3]張越東，祁震，王小文等.展望VR技術在一線戰傷自救互救訓練中的應用[J].電腦知識與技術，2017，13（35）：231-232.

作者簡介：

郭茂坤（1988—），男，漢族，云南陸良人，畢業于西北政法大學法學理論專業，碩士研究生，就職于應急管理部消防救援局昆明訓練總隊，中級專業技術職務，研究方向：特種災害救援與處置。