VR技術在消防實戰(zhàn)訓練中的應用

李降龍

（鄂爾多斯市準格爾旗礦區(qū)消防救援大隊 內蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 引言

隨著經濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進，新型建筑、高層建筑日益增多，建筑密度越來越大，消防指戰(zhàn)員面臨的危險性和難度也越來越大。傳統(tǒng)的基地化實戰(zhàn)訓練存在成本較高、訓練設施單一和轄區(qū)內值勤力量不足以及時應對社會突發(fā)事件等局限。利用VR技術在計算機中構建三維環(huán)境，可以為消防員打造多樣性、真實化的模擬戰(zhàn)訓環(huán)境，既提高了消防員的實戰(zhàn)技能和應對復雜救援現(xiàn)場的能力，又避免了消防實戰(zhàn)訓練（以下簡稱“戰(zhàn)巡”）中的安全問題。

2 VR的概念闡釋及發(fā)展現(xiàn)狀

VR（Virtual Reality）即虛擬現(xiàn)實技術，它的兩大關鍵技術是場景制作和三維建模，主要功能是構建仿真環(huán)境，是一種多源信息融合的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真。VR利用人工智能、計算機網絡、多媒體等技術生成虛擬環(huán)境，再通過VR眼鏡、手套、三維鼠標等傳感裝置使用戶沉浸在虛擬環(huán)境中，并通過語言、手勢等方式使虛擬和現(xiàn)實進行仿真融合和實時交互[1]。它突破了時間、空間的限制，使體驗者產生“身臨其境”的逼真感，是一種高級別的人機交互技術。

VR技術起源于美國，是一種全新的計算機技術，該技術不僅適用于娛樂游戲，同樣可以應用于醫(yī)療、教育、通訊、設計及一些特殊工種之中，為相關人員提供逼真的視角和體驗。如今，教育、互聯(lián)網等領域已經對VR技術進行了全方位的開發(fā)應用。如：美國波音公司利用VR技術研發(fā)出的新產品，可以使設計人員對飛機的外形、整體布局、內部結構和飛行過程進行身臨其境的觀察、調整和改進。

3 VR技術在消防戰(zhàn)訓中的意義

利用VR技術在真實地理環(huán)境、內部構造和消防設施的基礎上，虛擬出建筑火災、煤礦類火災及油罐類火災等三維虛擬戰(zhàn)訓場景，開展日常消防訓練時可分為單兵器材裝備模擬、單兵技能模擬和團體協(xié)作實戰(zhàn)等三個部分，并將其植入消防訓練系統(tǒng)，設定各種災情及不同變化方向，消防指戰(zhàn)員通過VR手套、眼鏡或三維鼠標等傳感裝置選擇相關消防裝備進行虛擬的救援滅火、災情處置行動。

VR技術通過場景模擬、計算機、觸覺反饋傳感等技術對火災中的參數(shù)進行合成處理，以數(shù)字方式將滅火預案中需要執(zhí)行的任務直接反映到大腦中，進行滅火救援活動。這種模式可以充分掌握消防員在滅火過程中的體能、技能和心理素質等，使消防員積累豐富的實戰(zhàn)經驗，提高整體訓練實效。其積極意義可以概括為以下幾點：（1）使受訓人員可以身臨其境地置身于各種特殊的受訓場景，提升個體的滅火救災現(xiàn)場應變能力和團體協(xié)作能力，使訓練更具針對性；（2）受訓者通過VR虛擬環(huán)境，可以隨時隨地針對自身需要展開訓練，也可以對特定場景、環(huán)節(jié)反復訓練，使訓練更具自主性；（3）受訓人員可以大膽嘗試各種救災場景和不同救災方式，尤其是一些劇毒性、危險性的訓練科目，使訓練更安全[2]。

4 VR技術在消防戰(zhàn)訓中的系統(tǒng)設計

4.1 構建三維模型

三維模型是VR技術中最基礎、最重要的內容，是在平面圖紙、照片和遙感圖像的基礎上構建而成的三維場景。當前常用的建模軟件有MAYA、3DMAX、AUTOCAD、JAVA3D、DIRECTX、OPENGL等，需要根據實際應用領域和方向來匹配選擇。

4.2 制作模擬場景

消防戰(zhàn)訓三維虛擬場景的制作通常要選用提前做好的模型，在考察真實場景的基礎上利用VR技術將現(xiàn)有的模型規(guī)劃重組，并且根據消防戰(zhàn)訓的需要進行修改、調整，并設置互動操作、移動路徑等，便于消防戰(zhàn)訓工作的開展[3]。最后，在反復試驗后建立起三維場景，經過調試及試用，確保模擬場景的質量，產品就可以發(fā)布使用了。這種基于真實環(huán)境的消防戰(zhàn)訓場景可以再現(xiàn)種種細節(jié)，使參訓隊員在人機交互過程中獲得真實感受。

4.3 模型的二次開發(fā)，數(shù)據的有效應用

消防戰(zhàn)訓對虛擬場景的真實性有較高的要求，常常要對已有模型進行二次開發(fā)，結合多媒體技術和VR技術構建真實可感的虛擬場景，真實立體地展現(xiàn)計算機內的數(shù)據公式和計算值，使參訓隊員的交互體驗更為多元。在此基礎上，參訓隊員的感官與三維空間建立連接，對虛擬場景的動態(tài)變化作出自然反饋。進行整體設計時，要融合應用基礎模型和消防戰(zhàn)訓工作數(shù)據庫，使虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的三維圖形和消防工作數(shù)據相統(tǒng)一，提升其逼真程度。

4.4 三維交互與實景融合

三維模型架構軟件可以移植現(xiàn)實中的實景元素，構建三維虛擬場景，滿足消防戰(zhàn)訓的現(xiàn)實需求。將實景中的圖形、圖像等元素封裝到三維模型中重新編排，可以動態(tài)規(guī)劃參訓隊員在虛擬場景中的交互形式，并預告設定目標識別結果。三維交互和實景管理可被視為三維引擎，可以實時顯示三維數(shù)據庫，提供各類控制三維數(shù)據庫的參數(shù)接口。

4.5 應用模型開發(fā)程序

消防戰(zhàn)訓程序開發(fā)以各類火災場景為情景制作的主要依據，再借助模型描述虛擬火災現(xiàn)場的特征，從而制定滅火預案。用戶界面應該有評價系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)的交互設計和功能集成，滿足消防戰(zhàn)訓工作的需求。

5 結語

當前，VR技術已經較為成熟，將其應用于消防戰(zhàn)訓工作，可以為消防員提供逼真的虛擬場景和交互式互動體驗，使消防戰(zhàn)訓工作更具針對性、自主性和安全性，是對實際災情救援中因經驗不足而導致的救援行動進展緩慢及消防員自我保護能力不足等問題的有效應對。