視景仿真技術在消防滅火救援模擬訓練中的應用

■ 業(yè)昊 云南省消防救援總隊普洱市消防救援支隊指揮中心

消防救援隊伍在新時期的工作任務主要是由火災撲救、搶險救援和社會救助三大塊組成。近幾年，隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，各地經(jīng)常出現(xiàn)一些特殊的火災事故，這些火災事故的出現(xiàn)給消防部門帶來巨大挑戰(zhàn)，這些特殊的火災事故包括建筑火災、石油化工氣體泄漏火災、大空間大體量火災等。要想從根本上解決這些難題，就需要在平時根據(jù)實際情況制定相應的應急處置預案，然后有計劃地進行訓練和實戰(zhàn)預演，提高消防救援隊伍的災害處置能力。

一、模擬訓練的內(nèi)容

模擬訓練主要指通過模擬現(xiàn)實災害事故現(xiàn)場，給消防救援人員營造一種真實的情境，把人和相關設備結(jié)合在一起，最終通過一系列模擬訓練來達到“練為戰(zhàn)”的目的。模擬訓練工作既能有效檢驗消防救援人員對相關消防救援業(yè)務知識的掌握情況，還能提高消防指揮員的實戰(zhàn)能力和組訓指揮能力。

二、模擬訓練的內(nèi)容

傳統(tǒng)的模擬訓練主要通過體能和技能操法訓練來實現(xiàn)，往往容易忽略消防救援人員的臨場應變能力和心理素質(zhì)的專項訓練。近年來，各地消防救援人員傷亡事故頻發(fā)，保障消防救援人員的安全顯得至關重要，因此提高消防救援人員的心理素質(zhì)和臨場指揮能力也是目前訓練的重點內(nèi)容。沙盤桌面演練雖然也可以在一定程度上幫助消防訓練工作，但是實戰(zhàn)性較差，不能作為訓練的根本方法。

隨著科技的快速發(fā)展進步，計算機技術逐漸運用于人們的日常生活和工作中，消防救援人員日常訓練時也可以借助先進的計算機技術。利用計算機多媒體技術和視景仿真技術可以為消防隊伍訓練提供更多靈活多變的方法，通過不同災害事故的現(xiàn)場建模，可以虛擬還原出實際的環(huán)境情況，然后訓練者根據(jù)現(xiàn)場情況制定相應的戰(zhàn)斗方案，最大限度地提高處置效率。通過實踐發(fā)現(xiàn)計算機系統(tǒng)可以基于滅火救援理論的相關內(nèi)容，有計劃地對整體方案進行分析和評估，最終為訓練者營造出一種真實的動態(tài)仿真效果。

和傳統(tǒng)的訓練方法相比，該技術既可以最大程度真實還原出滅火救援現(xiàn)場情況，還可以多次重復調(diào)整環(huán)境技術參數(shù)，制定不同的訓練環(huán)境場景，之后可以對整個訓練過程和訓練結(jié)果進行分析和保存。計算機訓練最大的特點就是成本低、安全性高、靈活性強。

三、滅火救援模擬訓練系統(tǒng)的組成和功能

模擬訓練系統(tǒng)的真實性和有效性可以直接影響到整個系統(tǒng)的質(zhì)量，因此在進行訓練時一定要注意從實際情況出發(fā)，確定相關的模擬滅火救援訓練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和模式。目前的滅火救援行動可以分為接警出警階段、戰(zhàn)斗部署階段、災害處置階段和總結(jié)講評階段。

計算機模擬訓練系統(tǒng)中的內(nèi)容可以根據(jù)實際情況進行參數(shù)量化，例如：模擬時，可以根據(jù)不同要素來進行取舍，盡可能保留影響整個局勢發(fā)展的關鍵要素，然后根據(jù)這些關鍵要素建立相應的數(shù)學模型，指揮員根據(jù)指揮模型來完成相應的指揮模擬工作，整個訓練過程都需要嚴格按照數(shù)據(jù)信息進行觸發(fā)和驅(qū)動。

（一）訓練設置模塊

主要負責建立初始火場系統(tǒng)內(nèi)容，包括火場環(huán)境、力量部署和消防裝備等。

（二）戰(zhàn)術處置模塊

主要負責連接滅火戰(zhàn)斗部署的接口。戰(zhàn)斗處置模塊的基本功能包括滅火處置方案的生成、輔助決策計算、力量部署矢量標圖作業(yè)等。需要注意的是：滅火處置方案在生成時主要由多個命令組成，每個命令都有自己的作用，在設置之前需要進行詳細的了解。

（三）處置評判模塊

處置評判模塊主要負責評價和解釋滅火戰(zhàn)術方案和部署的內(nèi)容。處置評判模塊的功能主要包括：首先根據(jù)生成的火情內(nèi)容制定相應的滅火作戰(zhàn)方案；其次，根據(jù)實際訓練情況對整個滅火指揮的戰(zhàn)術情況進行智能化評判；最后，做好訓練狀態(tài)和訓練數(shù)據(jù)信息的保存和發(fā)送工作。

（四）動態(tài)顯示模塊

動態(tài)顯示模塊主要負責模擬整個火場的全景和局部場景，然后把模擬結(jié)果通過三維成像展現(xiàn)出來。動態(tài)顯示模塊在應用過程中會涉及很多的技術，包括建模技術、渲染技術、分布式網(wǎng)絡技術等。動態(tài)顯示模塊的原則就是盡可能真實的還原出火場的情況。

（五）過程重演模塊

過程重演模塊主要負責記錄整個模擬訓練過程，進而實現(xiàn)再現(xiàn)性仿真的目的，為整個作戰(zhàn)過程分析和戰(zhàn)評總結(jié)奠定扎實的基礎。

（六）綜合知識庫模塊

滅火訓練方案推理評判和火場態(tài)勢自動導引的基礎就是綜合知識庫模塊。綜合知識庫模塊可以直接決定整個系統(tǒng)的性能和系統(tǒng)的工作情況，需要注意的是：綜合知識庫模塊在建立的時候一定要注意方法和層次結(jié)構(gòu)，同時需要考慮不同模塊的要求。綜合知識庫模塊主要由多個子知識庫模塊組成。

四、滅火救援模擬訓練系統(tǒng)中的視景仿真

滅火救援過程中，現(xiàn)場指揮員需要根據(jù)實際情況和災害中被困人員的行為模式來制定相應的作戰(zhàn)部署方案，因此滅火救援模擬訓練系統(tǒng)的基礎和核心內(nèi)容就是態(tài)勢顯示子系統(tǒng)，模擬的關鍵就是借助計算機構(gòu)建真實的場景，讓受訓者在應用時盡可能地感受到真實的火場視聽效果。

計算機仿真技術的重要分支就是視景仿真技術，該技術就是借助計算機中的多媒體技術和信息合成等技術來構(gòu)建出一個虛擬的世界，讓受訓人員身臨其境。可視化仿真技術的基礎就是視景仿真建模技術和實時渲染技術，最基本的特征就是整個圖形的實時渲染性和交互性。

隨著視景仿真軟件和設備的發(fā)展，視景仿真技術開始廣泛應用在更多非軍事領域中。和軍事領域中的仿真訓練系統(tǒng)相比，消防滅火救援模擬系統(tǒng)的特點和需求如下：首先，整個過程更多地強調(diào)在局域網(wǎng)環(huán)境下的個人訓練和小組訓練；其次，主要強調(diào)局部場景和細節(jié)的模擬；最后，就是在整個過程中需要頻繁更換災害現(xiàn)場模擬條件，以達到模擬不同場景中火勢蔓延情況的目的。

視景仿真技術的效果和實際運用之間有著密不可分的關系，原動力就是仿真訓練和仿真應用，只有不斷的應用才能更好地推動技術改進發(fā)展。

五、視景仿真子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

（一）硬件結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)主要包括計算機硬件、實時圖形處理和顯示硬件。計算機硬件包括高性能計算機處理系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)。視景仿真技術在應用過程中會涉及很多的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，這些結(jié)構(gòu)內(nèi)容對整個虛擬場景建設的要求非常高，必須要高速率處理器才能滿足滅火救援模擬訓練的要求。計算機硬件在工作時可以充分模擬出虛擬環(huán)境的光照效果和透明效果，以此來提高整個模擬的真實性；高密度實時圖形處理可以提高視景仿真系統(tǒng)的真實性，反映出整個空間的圖像內(nèi)容，有時還需要對相應的配置進行定位處理。

（二）軟件構(gòu)成

視景仿真系統(tǒng)的軟件構(gòu)成主要包括操作系統(tǒng)平臺、三維圖形建模軟件、視景仿真集成開發(fā)環(huán)境、視景仿真應用系統(tǒng)等。因為不同的計算機處理系統(tǒng)有不同的標準，所以在進行軟件開發(fā)時一定要注意調(diào)試跨平臺支持的能力。軟件構(gòu)成主要包括三維圖形中使用的建模工具，例如：視景數(shù)據(jù)庫的生成和閱覽、MultiGen Creator建模工具的使用。高層圖形渲染工作進行時需要借助實時渲染視景數(shù)據(jù)庫的幫助，實時渲染視景數(shù)據(jù)庫可以在應用的過程中更好地完成用戶需要的場景交互控制功能。高層圖形渲染API在使用時可以通過創(chuàng)建和編輯的方式完成整個三維仿真的應用，最終起到研發(fā)和應用的目的。

六、開源實時渲染引擎Delta3D

視景仿真技術在應用的過程中最好的一個實時渲染平臺就是Delta3D，Delta3D最初是一個由美國海軍研究學院研發(fā)出來的引擎，主要通過API函數(shù)庫為視景仿真提供更多的模塊，通過這些模塊最終完成仿真工作。不僅如此，Delta3D在應用時還會為模擬工作提供一些方便的工具軟件，例如：仿真、粒子編輯器等，這些工具軟件可以快速構(gòu)建出人們需要的原型，最終為整個平臺提供更多的方便，為整個滅火救援系統(tǒng)的建模工作提供幫助。

七、基于Delta3D的滅火救援視景仿真

Delta3D獨有的功能特點，可以更好地為滅火救援模擬訓練系統(tǒng)中的視景仿真技術提供幫助，以云南某石油化工企業(yè)火災中的油罐庫區(qū)火災為例，在分析的過程中可以通過Delta3D對整個油罐區(qū)庫內(nèi)進行建模，然后再通過格式轉(zhuǎn)換建立相關的仿真交互式窗口系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括油罐庫內(nèi)部的整體火災全區(qū)場景、著火區(qū)域火的形態(tài)、著火區(qū)域煙的形態(tài)、著火區(qū)域火勢的蔓延方向、滅火方案可能對救援力量的影響、油罐庫區(qū)域中消防工作人員的救援戰(zhàn)術行動、模擬訓練的聲音效果等。

八、結(jié)語

綜上所述，視景仿真技術在消防滅火救援模擬訓練中的應用前景非常廣闊，但是必須根據(jù)用戶需求、轄區(qū)情況來具體分析制作，真正發(fā)揮出視景仿真技術的作用，最終達到提高消防滅火救援模擬訓練實戰(zhàn)效果的目的。