淺析VR 技術(shù)在高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)中的應(yīng)用

孫俊龍

應(yīng)急管理部消防救援局昆明訓(xùn)練總隊（650000）

0 前言

VR 是Virtual Reality 的縮寫，中文的意思就是虛擬現(xiàn)實(shí)，是多媒體技術(shù)的終極應(yīng)用形式，是計算機(jī)軟硬件技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能及行為心理學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域飛速發(fā)展的結(jié)晶。 VR 技術(shù)是以沉浸的方式進(jìn)入和體驗(yàn)人為創(chuàng)造的虛擬世界的計算機(jī)仿真技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于游戲、旅游、軍事訓(xùn)練、服裝設(shè)計、商業(yè)分析、模擬施工、教育培訓(xùn)等各行各業(yè)。

VR 技術(shù)具有多樣、互動、趣味、效率等方面的優(yōu)勢。 5G 技術(shù)為VR 技術(shù)提供的技術(shù)保障，讓VR技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域立體化、全方位的發(fā)展起到了突出的推動作用，因此研究VR 技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用則具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。 文章在梳理了相關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，就VR 技術(shù)在高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)中的應(yīng)用展開了探討。

1 當(dāng)前高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)的基本現(xiàn)狀

當(dāng)前對初、中級指戰(zhàn)員的培養(yǎng)涉及高層建筑火災(zāi)撲救方面的教育教學(xué)主要以校內(nèi)教學(xué)、實(shí)戰(zhàn)化演練、基層實(shí)習(xí)的方式實(shí)施，而校內(nèi)教學(xué)內(nèi)容主要包括專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)和室外實(shí)訓(xùn)。盡管這種理論結(jié)合實(shí)際的教育教學(xué)模式不乏專業(yè)性與系統(tǒng)性，但往往停留在學(xué)戰(zhàn)術(shù)、看戰(zhàn)例和練實(shí)操的層面，屬于被動式的學(xué)習(xí)，存在教學(xué)知識內(nèi)容不能完全轉(zhuǎn)化為指戰(zhàn)員的實(shí)戰(zhàn)能力的情況。當(dāng)指戰(zhàn)員真正面對復(fù)雜的火場環(huán)境時，無法及時運(yùn)用所學(xué)知識，依據(jù)火災(zāi)的特點(diǎn)、 危險性及險情正確組織與實(shí)施滅火行動，造成了較大的安全隱患。 究其原因，高層建筑火災(zāi)撲救專業(yè)的特殊性，如火災(zāi)的不可逆性、消防系統(tǒng)安裝施工的危險性等，無法將所有的實(shí)訓(xùn)場景全部還原。即使按照高層建筑火災(zāi)真實(shí)火場環(huán)境建立實(shí)訓(xùn)設(shè)施，也存在花費(fèi)大量時間、人力、物力的成本問題，且對參訓(xùn)指戰(zhàn)員的安全性有著極大考驗(yàn)。因此，在當(dāng)前條件下，無論理論還是實(shí)踐教學(xué)都受到環(huán)境、物質(zhì)、心理等因素的影響，很難與高層建筑火災(zāi)真實(shí)火場環(huán)境完全一致[2]。

2 VR 技術(shù)在高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

根據(jù)當(dāng)前高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)的基本現(xiàn)狀，立足教育教學(xué)訓(xùn)練實(shí)際和基層滅火戰(zhàn)斗工作實(shí)際，根據(jù)基層指戰(zhàn)員崗位專業(yè)能力素質(zhì)要求，應(yīng)用VR 技術(shù)對高層建筑火災(zāi)現(xiàn)場場景進(jìn)行建模。 使用者通過利用VR 眼鏡、VR 頭盔等設(shè)備以及其他傳感器，體驗(yàn)該技術(shù)模擬出的“真實(shí)”火災(zāi)現(xiàn)場，深入了解高層建筑火災(zāi)的基本特性、 發(fā)展規(guī)律及撲救的戰(zhàn)術(shù)方法，掌握組織實(shí)施、行動要求及涉及的安全行動規(guī)程，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

2.1 沉浸性強(qiáng)

通過VR 技術(shù)可以設(shè)置高層建筑的火災(zāi)場景，模擬指戰(zhàn)員以第一人稱進(jìn)入到現(xiàn)場之后所面臨的高溫、火焰、濃煙、黑暗等復(fù)雜火場環(huán)境的基本情況，以及轟燃、回燃、墜落、坍塌等突發(fā)危險因素。利用計算機(jī)生成的三維信息空間與的交互及響應(yīng)，使參與者沉浸其中，讓該環(huán)境中的看、聽、動，甚至聞、嘗等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺一樣，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進(jìn)出自如、交互作用的三維信息空間[3]”。 這不僅使參與者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對參與者的運(yùn)動和操作作出實(shí)時準(zhǔn)確的響應(yīng)。 這種通過多種感官設(shè)備模擬高層建筑火災(zāi)撲救場景的方式，能夠讓參與者獲得真切的實(shí)際操作體驗(yàn)，在意識、知識等多方面獲得顯著提升。

2.2 實(shí)效性強(qiáng)

VR 技術(shù)在高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)中的應(yīng)用， 立足高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)訓(xùn)練實(shí)際和基層滅火戰(zhàn)斗工作實(shí)際，根據(jù)崗位專業(yè)能力素質(zhì)要求，貫穿了火災(zāi)危險性分析、撲救的基本對策、滅火戰(zhàn)術(shù)和行動組織的方式與方法全流程。 參與者可以根據(jù)具體實(shí)訓(xùn)要求，在模擬高層建筑火災(zāi)場景中，通過人機(jī)互動、人人互動的運(yùn)行機(jī)制，以獨(dú)立或者小組模式靈活運(yùn)用戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，實(shí)施有效的控火與滅火行動， 利用自身裝備及高層建筑中的固定消防設(shè)施，“真實(shí)”體驗(yàn)偵查、戰(zhàn)斗、破拆、疏散、搜救等作戰(zhàn)環(huán)節(jié)。 因此，理論學(xué)習(xí)的專業(yè)知識及實(shí)操技能等都可以得到有效踐行，尤其是在多人協(xié)同的演練模式中，參與者還可以逐步培養(yǎng)形成較高的協(xié)同配合能力。

2.3 安全性強(qiáng)

VR 技術(shù)能夠突破場地和現(xiàn)實(shí)條件對于實(shí)訓(xùn)場景的客觀影響，搭建或者還原無限貼近真實(shí)的高層建筑火災(zāi)場景，特別是模擬高危、極端環(huán)境以及不可控的意外因素時，不必?fù)?dān)心這些場景對象對參與者造成傷害，可以有效避免真實(shí)世界中實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)中安全意外。 在相對安全的前提下，友好的交互界面允許參訓(xùn)者出現(xiàn)錯誤的判斷及操作，不必承擔(dān)其導(dǎo)致的危險后果。 基于此，參訓(xùn)者可反復(fù)多次練習(xí)，摸索總結(jié)出實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和策略， 規(guī)范正確應(yīng)對行動方案。 將VR 技術(shù)應(yīng)用到高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)中，可以提高實(shí)訓(xùn)操作的安全系數(shù)。

3 VR 技術(shù)在高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)的應(yīng)用展望

隨著5G 時代的到來，以近眼顯示、網(wǎng)絡(luò)傳輸、感知交互、渲染處理、內(nèi)容制作等關(guān)鍵技術(shù)為著力點(diǎn)，VR 技術(shù)將以其在教育教學(xué)領(lǐng)域得天獨(dú)厚的優(yōu)勢在高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)乃至整個現(xiàn)代消防領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大融合創(chuàng)新，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 搭建綜合性仿真模擬平臺，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)訓(xùn)信息化

以VR 技術(shù)與高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)的融合應(yīng)用入手，聚焦“全災(zāi)種、大應(yīng)急”任務(wù)需求，深入挖掘VR 技術(shù)與建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)乃至整個現(xiàn)代消防領(lǐng)域的切合點(diǎn)，以全面提高創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨，積極探索搭建有示范、引領(lǐng)作用的綜合性災(zāi)害事故仿真模擬系統(tǒng)，以共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為核心，以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn)，推進(jìn)消防應(yīng)急救援戰(zhàn)訓(xùn)的信息化建設(shè)，推動應(yīng)急救援教育培訓(xùn)體系專業(yè)化、精準(zhǔn)化[4]。

3.2 打造多元化的教學(xué)形式實(shí)訓(xùn)中心，推進(jìn)實(shí)訓(xùn)教育教學(xué)改革

借助于現(xiàn)代化的VR 技術(shù)教育教學(xué)手段，在解決實(shí)訓(xùn)、課堂教學(xué)及實(shí)際相互銜接的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)基礎(chǔ)知識與專業(yè)技能融合一體化的思路，將徹底顛覆當(dāng)前的教育教學(xué)理念，著力推進(jìn)實(shí)訓(xùn)教育教學(xué)改革。通過打造多元化的教學(xué)形式實(shí)訓(xùn)中心，建立VR互動教學(xué)區(qū)、VR 沉浸式教學(xué)區(qū)域、全息桌面教學(xué)展示區(qū)、LED 立體教學(xué)區(qū)域、MR 互動教學(xué)區(qū)、 遠(yuǎn)程直播教學(xué)區(qū)域等不同區(qū)域，充分發(fā)揮先進(jìn)教學(xué)形式傳播、特色專業(yè)展示、精品課程學(xué)習(xí)、未來發(fā)展規(guī)劃等功能，為培養(yǎng)職業(yè)管理型人才及綜合素質(zhì)較高的專業(yè)作戰(zhàn)人員。

3.3 依托大數(shù)據(jù)引領(lǐng)現(xiàn)代消防技術(shù)的革新

隨著VR 技術(shù)的快速發(fā)展，與現(xiàn)實(shí)世界互相融合交織的數(shù)據(jù)世界正在逐步形成。 立足于整個消防領(lǐng)域的信息化發(fā)展， 通過消防云端數(shù)據(jù)庫的建立，基于火災(zāi)信息、人力信息、設(shè)備信息、建筑信息、天氣信息等數(shù)據(jù)信息的綜合評估，挖掘出消防模式下存在的非人為隱患，建立提前預(yù)防方案，將在全區(qū)域消防信息共享、指揮調(diào)度、決策部署、應(yīng)急處置等方面發(fā)揮突出功效[5]。 數(shù)字化消防預(yù)案展示、火災(zāi)現(xiàn)場還原、全局滅火力量調(diào)控、消防逃生演習(xí)、消防設(shè)備使用等消防領(lǐng)域方面，在消防綜合數(shù)據(jù)信息沉淀與融合的前提下，將引領(lǐng)現(xiàn)代消防技術(shù)的革新。

4 結(jié)語

VR 技術(shù)通過構(gòu)建高度仿真的虛擬環(huán)境和對象，不僅營造出了“真實(shí)”、復(fù)雜的高層建筑火災(zāi)場景，還依托人機(jī)互動與人人互動的運(yùn)行機(jī)制，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果的同時，深化了教育教學(xué)、模擬實(shí)訓(xùn)的親歷體驗(yàn)，給高層建筑火災(zāi)撲救教育教學(xué)帶來了便利，也為VR 技術(shù)與教育的融合為素質(zhì)教育提供了一種全新的思路。 靈活運(yùn)用VR技術(shù)，充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能與優(yōu)勢，深度挖掘VR技術(shù)與消防領(lǐng)域的切合點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域深度融合，消防事業(yè)的發(fā)展必將迎來新的春天。