3D虛擬消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)在企業(yè)消防培訓(xùn)中的應(yīng)用

■ 王攀 合肥耀安科技有限公司

傳統(tǒng)的企業(yè)消防培訓(xùn)方式主要是通過PPT或者視頻介紹火災(zāi)和滅火的基本常識(shí)，然后通過實(shí)際操作滅火器進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。實(shí)際操作滅火器進(jìn)行實(shí)訓(xùn)這種方式，由于場地限制，人員眾多，現(xiàn)場有煙霧火苗、場面混亂，容易造成人員傷害，同時(shí)如果每個(gè)人都使用滅火器進(jìn)行滅火，成本較高，也容易造成煙塵等污染。因此3D虛擬仿真技術(shù)與消防培訓(xùn)相結(jié)合的新型滅火培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

一、消防培訓(xùn)工作與3D虛擬仿真技術(shù)結(jié)合

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，計(jì)算機(jī)功能也在不斷的提高，各種圖形顯卡和可視化軟件也在不斷發(fā)展，虛擬仿真及可視化技術(shù)已經(jīng)到醫(yī)學(xué)、軍事、科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)及工程等方面擴(kuò)展。3D虛擬仿真技術(shù)是使用圖形處理及計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為圖形或者圖像，通過屏幕充分的展現(xiàn)出來，其涉及到人機(jī)交互技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、圖像處理等領(lǐng)域。3D虛擬仿真技術(shù)的主要優(yōu)勢為：

其一，交互性。用戶能夠通過交互方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理及開發(fā)。

其二，多維性。能夠看出表示對象及事件數(shù)據(jù)多種屬性及變量，并且將其實(shí)現(xiàn)分類、組合、排序及顯示。

其三，可視性。數(shù)據(jù)利用曲線、圖形、三維體等咱先，并且實(shí)現(xiàn)模式及相互關(guān)系的可視化操作。

將此技術(shù)在消防培訓(xùn)中使用，創(chuàng)建消防仿真訓(xùn)練平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)火災(zāi)現(xiàn)場的模擬，從而對企業(yè)人員進(jìn)行模擬訓(xùn)練，使其接近于實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練效果，提高企業(yè)人員消防滅火認(rèn)知。

二、3D虛擬仿真消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)的功能

在實(shí)現(xiàn)3D虛擬仿真技術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，要使用3D仿真建模，將火災(zāi)發(fā)生的現(xiàn)場通過3D方式利用主機(jī)大屏幕還原，在操作臺(tái)上設(shè)置四個(gè)通過改裝之后的仿真智能滅火器，培訓(xùn)人員根據(jù)火災(zāi)場景及火災(zāi)類型選擇針對性的滅火器并對準(zhǔn)火源根部進(jìn)行滅火，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成滅火則滅火成功。其中操作臺(tái)、滅火器和主機(jī)之間使用無線通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，節(jié)約線纜材料及空間。并且在滅火過程中沒有煙霧明火，節(jié)能環(huán)保，滅火器能夠重復(fù)使用，成本較低。

三、3D虛擬仿真消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

（一）總體架構(gòu)

消防滅火3D虛擬仿真系統(tǒng)根據(jù)以上功能表示，在設(shè)計(jì)過程中主要包括資源層、驅(qū)動(dòng)層、集成層、表現(xiàn)層及使用層，圖1為系統(tǒng)的總體架構(gòu)。

圖1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

其中資源層的主要目的就是為系統(tǒng)提供基本的資源信息，包括本地資源及網(wǎng)絡(luò)資源。網(wǎng)絡(luò)資源為培訓(xùn)的屬性信息及內(nèi)容。

集成層指的是各種數(shù)據(jù)整合層，利用其能夠?qū)①Y源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成為驅(qū)動(dòng)層能夠操作的數(shù)據(jù)。

應(yīng)用層是將驅(qū)動(dòng)層實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心應(yīng)用功能，主要包括應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、基礎(chǔ)培訓(xùn)等。

驅(qū)動(dòng)層為系統(tǒng)核心層，也能夠稱之為服務(wù)層，其集成現(xiàn)有模塊處理功能及對一般業(yè)務(wù)處理模塊實(shí)現(xiàn)封裝，從而形成專門信息處理的服務(wù)構(gòu)件。

表現(xiàn)層指的是此平臺(tái)為用戶使用人機(jī)交互界面，利用連接核心業(yè)務(wù)有效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可視化的管理。

（二）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)操作臺(tái)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的操作臺(tái)在設(shè)計(jì)過程中使用鋁合金材料，設(shè)置四個(gè)滅火器底座，底座中設(shè)置接近開關(guān)傳感器，從而能夠?qū)缁鹌魇欠癖惶崞疬M(jìn)行感知。在滅火器被提起之后，其中的接近開關(guān)觸點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)高電平的輸出。假如滅火器放回，那么開關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)低電平的輸出，和接近開關(guān)傳感器相連接的MC U檢測到高低電平之后利用無線模塊將數(shù)據(jù)到主機(jī)發(fā)送，之后對數(shù)據(jù)是哪個(gè)滅火器的進(jìn)行分析。假如培訓(xùn)人員使用滅火器錯(cuò)誤，提示其使用正確滅火器。圖2為操作臺(tái)電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，操作臺(tái)有左、右、確定、返回四個(gè)按鈕，在按鍵按下之后就會(huì)將信息發(fā)給主機(jī)進(jìn)行界面操作。

圖2 操作臺(tái)電路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

2.滅火器的設(shè)置

實(shí)現(xiàn)滅火器的智能化，在滅火器中安裝六軸加速度陀螺儀傳感器和指示燈，從而能夠?qū)Σ僮魅藛T操作進(jìn)行感知、對滅火器位置進(jìn)行判斷。在用戶拿起滅火器的時(shí)候，就會(huì)對主機(jī)發(fā)送相應(yīng)信息，主機(jī)對使用人員是否將滅火器對準(zhǔn)火苗進(jìn)行判斷，假如偏離，對人員進(jìn)行提示。在滅火器手柄內(nèi)部安裝微動(dòng)開關(guān)，在用手按壓滅火器手柄的時(shí)候微動(dòng)開關(guān)閉合，并且對主機(jī)發(fā)送信息，主機(jī)顯示滅火器噴射畫面。另外，滅火器還具有可充電器鋰電池，充電一次能夠使兩百人體驗(yàn)。

（三）可視化仿真平臺(tái)創(chuàng)建

可視化仿真平臺(tái)主要包括三維建模及實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)，使用實(shí)時(shí)視景仿真、聲音仿真等軟件渲染消防現(xiàn)場，從而提高模擬環(huán)境效果。其能夠結(jié)合高級視景仿真功能及工具，以此便于用戶創(chuàng)建、編輯。并且其還能夠降低源代碼編寫，從而使軟件后期維護(hù)及實(shí)時(shí)性能優(yōu)化更加的容易，使開發(fā)效率得到提高。

四、3D虛擬消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)的

實(shí)際使用

在實(shí)現(xiàn)3D虛擬消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)的研發(fā)之后，在某企業(yè)進(jìn)行了實(shí)際使用，主要為提高企業(yè)人員消防滅火實(shí)際技能，從而滿足企業(yè)消防培訓(xùn)需求。此消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)的操作流程為：首先打開3D消防滅火系統(tǒng)的軟件界面，這個(gè)時(shí)候選擇實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練或者常識(shí)知識(shí)。常識(shí)知識(shí)中包括滅火器基本原理、類型、方式等內(nèi)容。

在進(jìn)入到滅火器實(shí)戰(zhàn)模塊中，有多個(gè)場景，比如辦公室、宿舍等，利用左右鍵實(shí)現(xiàn)場景選擇，之后進(jìn)入到此場景中。培訓(xùn)人員根據(jù)選擇的火災(zāi)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)滅火器的選擇，如果使用者使用錯(cuò)誤，那么就會(huì)對使用者提示。培訓(xùn)人員選擇正確滅火器之后系統(tǒng)就會(huì)將滅火器的正確使用方式進(jìn)行敘事，步驟為：

（1）將滅火器保險(xiǎn)銷拔出；

（2）對準(zhǔn)火苗根部；

（3）將壓把噴射按下。在此時(shí)按確定按鈕，進(jìn)入到仿真滅火場景中，畫面中要具有滅火器模型，此模型和我們自身及滅火器姿態(tài)相同，在移動(dòng)的時(shí)候主機(jī)軟件滅火器模型也會(huì)移動(dòng)。將滅火器對準(zhǔn)火苗根部，按下手柄，從而滅火，在規(guī)定時(shí)間中完成滅火提示滅火成功。在滅火過程中，假如光標(biāo)偏離火焰的根部或者沒有在規(guī)定時(shí)間中滅火，滅火就會(huì)失敗。

通過創(chuàng)建滿足企業(yè)培訓(xùn)需求的3D虛擬消防滅火培訓(xùn)系統(tǒng)，不僅能夠根據(jù)實(shí)際需求對火災(zāi)中的物體碰撞、介質(zhì)泄漏、火焰?zhèn)鞑ズ褪┚冗^程中的消防器械動(dòng)作、水流噴灑等實(shí)現(xiàn)仿真模擬，還能利用聲音效果對事故現(xiàn)場真實(shí)感進(jìn)行渲染，以此實(shí)現(xiàn)企業(yè)人員滅火救援實(shí)際模擬演練。在處理火災(zāi)現(xiàn)場的過程中，能夠利用模擬將災(zāi)害現(xiàn)場再現(xiàn)，從而為基礎(chǔ)人員將火災(zāi)過程中的具體細(xì)節(jié)充分的展現(xiàn)出來，以此對火災(zāi)事故發(fā)生原因提供精準(zhǔn)參考。

五、結(jié)語

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過程中，火災(zāi)數(shù)量及種類總體在不斷的提高。傳統(tǒng)消防模擬平臺(tái)已經(jīng)無法滿足全面模仿火災(zāi)類型的需求，使用3D虛擬技術(shù)及可視化仿真模擬能夠?qū)Υ藛栴}進(jìn)行解決。通過對大量事故災(zāi)害仿真模擬，能夠?qū)ふ沂鹿拾l(fā)生原因，提高人員消防知識(shí)及滅火技術(shù)，從而提高火災(zāi)逃生率，并且提出針對性的消防對策。