基于MVC模式的大型港口油料消防演練虛擬仿真系統(tǒng)

易祥烈， 魯夢(mèng)昆， 孫兆龍

(海軍工程大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430033)

0 引 言

港口作為艦船油料補(bǔ)給的集中地，儲(chǔ)油量大，管路復(fù)雜，存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)等事故，災(zāi)害危險(xiǎn)性和救援難度會(huì)較大，加強(qiáng)港口油料消防技能訓(xùn)練是增強(qiáng)滅火救援效果的重要途徑。目前，港口油料消防培訓(xùn)仍以實(shí)操為主[1]，存在投入大卻難有成效的問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)發(fā)展迅速，在教育、科研、軍事、醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[2]。一般的虛擬仿真系統(tǒng)主要圍繞個(gè)別典型火災(zāi)情形進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)大型港口系統(tǒng)化的油料消防演練虛擬仿真系統(tǒng)較少，主要原因是需要考慮的因素較多，軟件規(guī)模過(guò)于龐大，難以系統(tǒng)化構(gòu)思設(shè)計(jì)。針對(duì)此問(wèn)題，研究基于模型-視圖-控制器(Model-View-Controller，MVC)模式[3]分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)程序的模塊化，為大型港口油料消防演練虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一種新的思路。

1 MVC模式分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

MVC模式包括3個(gè)部分：模型、視圖和控制器。模型是指模型表示的業(yè)務(wù)規(guī)則，為多個(gè)視圖提供數(shù)據(jù)；視圖是指用戶(hù)看到并與之交互的界面；控制器則接受用戶(hù)的輸入并調(diào)用模型和視圖去完成用戶(hù)的需求，負(fù)責(zé)接收請(qǐng)求并選擇對(duì)應(yīng)的模型去處理請(qǐng)求，然后選擇視圖顯示返回的數(shù)據(jù)。

MVC模式分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)虛擬仿真系統(tǒng)中的顯示、數(shù)據(jù)和算法進(jìn)行分離，并按照一定的規(guī)則劃分為仿真部分、場(chǎng)景部分和交互部分。MVC模式的優(yōu)點(diǎn)包括耦合性低、重用性高、生命周期成本低、部署快、可維護(hù)性高和利于軟件工程化管理等[4]。大型港口油料消防演練虛擬仿真系統(tǒng)采用具有組件式架構(gòu)的UE4引擎實(shí)現(xiàn)，根據(jù)MVC模式分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將系統(tǒng)軟件按照系統(tǒng)功能劃分為訓(xùn)練管理子系統(tǒng)、模型仿真數(shù)據(jù)庫(kù)、訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)子系統(tǒng)和模擬訓(xùn)練子系統(tǒng)，在模型仿真數(shù)據(jù)庫(kù)下建立訓(xùn)練場(chǎng)景庫(kù)、裝備設(shè)施庫(kù)、特效庫(kù)、角色庫(kù)，組成仿真系統(tǒng)資源層。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)預(yù)案想定、預(yù)案推演、態(tài)勢(shì)顯示、數(shù)據(jù)記錄、輔助評(píng)估、導(dǎo)控評(píng)分等操作應(yīng)用，各部分均為分離工作，保證軟件模塊的通用性和復(fù)用性。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)服務(wù)總線的支持下進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)工作，數(shù)據(jù)服務(wù)總線通過(guò)角色數(shù)據(jù)同步服務(wù)和虛擬現(xiàn)實(shí)周邊網(wǎng)絡(luò)(Virtual Reality Peripheral Network，VRPN)服務(wù)為各子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。在仿真計(jì)算服務(wù)器的支持下，建立事故聯(lián)動(dòng)發(fā)生邏輯、人機(jī)交互邏輯、評(píng)估邏輯等基于事件驅(qū)動(dòng)的仿真模型，形成仿真系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的應(yīng)用層。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

圖1 基于MVC模式分層設(shè)計(jì)架構(gòu)的大型港口油料消防演練虛擬仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在功能設(shè)置上，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)預(yù)案想定生成、預(yù)案驗(yàn)證、實(shí)時(shí)干預(yù)控制、訓(xùn)練回放、態(tài)勢(shì)顯示、數(shù)據(jù)記錄、訓(xùn)練復(fù)盤(pán)評(píng)估、機(jī)器評(píng)分、虛擬實(shí)體操作、人工智能(Artificial Intelligence，AI)實(shí)體等功能，實(shí)現(xiàn)指揮中心(值班指揮員)應(yīng)急指揮、事故現(xiàn)場(chǎng)(現(xiàn)場(chǎng)指揮員)指揮訓(xùn)練、事故處置人員演練(單兵訓(xùn)練及分隊(duì)協(xié)同訓(xùn)練)等3級(jí)處置訓(xùn)練，滿(mǎn)足基礎(chǔ)訓(xùn)練、模擬訓(xùn)練、預(yù)案推演、訓(xùn)練考核的系統(tǒng)功能要求。

2 子系統(tǒng)功能

2.1 訓(xùn)練管理子系統(tǒng)

訓(xùn)練管理子系統(tǒng)提供知識(shí)庫(kù)管理、訓(xùn)練計(jì)劃的制訂與發(fā)布、理論及模擬訓(xùn)練考核、綜合評(píng)分、訓(xùn)練成績(jī)記錄與分析、參訓(xùn)人員管理、系統(tǒng)權(quán)限管理等功能，可對(duì)參訓(xùn)人員進(jìn)行理論知識(shí)、操作、模擬訓(xùn)練考核與評(píng)分，系統(tǒng)管理員可對(duì)用戶(hù)及權(quán)限進(jìn)行管理。用戶(hù)通過(guò)該子系統(tǒng)對(duì)訓(xùn)練的不同階段、不同科目、不同場(chǎng)景、不同訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行全生命周期管理。訓(xùn)練管理子系統(tǒng)包括知識(shí)庫(kù)管理、訓(xùn)練計(jì)劃管理、訓(xùn)練考核評(píng)估、系統(tǒng)管理等模塊。知識(shí)庫(kù)管理模塊分為基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù)管理、專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)管理、應(yīng)急處置知識(shí)庫(kù)管理、理論知識(shí)題庫(kù)管理等4類(lèi)；訓(xùn)練計(jì)劃管理模塊分為單兵訓(xùn)練計(jì)劃和協(xié)同訓(xùn)練計(jì)劃；訓(xùn)練考核評(píng)估模塊分為油料補(bǔ)給操作考核評(píng)估、消防設(shè)備操作考核評(píng)估、單兵應(yīng)急處置操作考核評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)指揮考核評(píng)估等4類(lèi)；系統(tǒng)管理模塊分為人員數(shù)據(jù)庫(kù)錄入和人員權(quán)限管理。

2.2 模型仿真數(shù)據(jù)庫(kù)

模型仿真數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)訓(xùn)練場(chǎng)景庫(kù)、裝備設(shè)施庫(kù)、特效庫(kù)、角色庫(kù)等數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與管理模塊，提供訓(xùn)練場(chǎng)景、裝備設(shè)施模型、特效模型、角色模型等模型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。該子系統(tǒng)是根據(jù)項(xiàng)目需求建設(shè)的一個(gè)動(dòng)態(tài)的項(xiàng)目資產(chǎn)庫(kù)，不僅保存三維模型、模型參數(shù)、場(chǎng)景、貼圖材質(zhì)等靜態(tài)數(shù)據(jù)，而且保存代碼、偽代碼、仿真模型和交互模型等動(dòng)態(tài)內(nèi)容。

模型仿真數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型按照模型屬性主要分為靜態(tài)模型、動(dòng)態(tài)模型、交互模型和模型附加資源等4類(lèi)。靜態(tài)模型是指在突發(fā)事故應(yīng)急處置任務(wù)場(chǎng)景中不會(huì)發(fā)生變化的模型，如道路、植被、設(shè)施、器材等。動(dòng)態(tài)模型是指在上述場(chǎng)景中具有運(yùn)動(dòng)特征的模型，運(yùn)動(dòng)機(jī)制包括剛體運(yùn)動(dòng)模型和骨骼動(dòng)畫(huà)模型。交互模型是指在上述場(chǎng)景中與操作者發(fā)生交互并可將信息反饋至操作者的模型，如可開(kāi)合的門(mén)、可拾取的裝備、可乘坐的車(chē)輛及艦船等；交互模型在三維環(huán)境中通常通過(guò)藍(lán)圖類(lèi)實(shí)現(xiàn)，交互的主要邏輯是獲得物體的實(shí)例然后調(diào)用對(duì)應(yīng)的反饋函數(shù)，用繼承或接口實(shí)現(xiàn)。模型附加資源是指模型的材質(zhì)與貼圖等資源。

2.2.1 訓(xùn)練場(chǎng)景庫(kù)模塊

訓(xùn)練場(chǎng)景庫(kù)模塊主要模擬油料消防事故場(chǎng)景、自然災(zāi)害事故場(chǎng)景、油料泄漏事故場(chǎng)景、戰(zhàn)損事故場(chǎng)景等4類(lèi)典型事故場(chǎng)景。油料消防事故場(chǎng)景包括燃油泄漏事故、常規(guī)性火災(zāi)事故、爆炸性火災(zāi)事故、流淌火事故、油罐爆燃[5]事故、油罐破損引起的超大型燃油泄漏事故、油罐爆炸引起的超大型火災(zāi)爆炸事故、海面漏油事故等。自然災(zāi)害事故場(chǎng)景包括山火、臺(tái)風(fēng)、雷暴、暴雨、地震及其他港口類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練科目規(guī)定的場(chǎng)景等。油料泄漏事故場(chǎng)景包括管線破損導(dǎo)致的油料溢流、管線破損導(dǎo)致的油料噴射泄漏、儲(chǔ)罐油料溢流、儲(chǔ)罐破損導(dǎo)致的油料噴流、油料泄漏造成的海洋污染等。戰(zhàn)損事故場(chǎng)景包括在戰(zhàn)爭(zhēng)狀態(tài)時(shí)受到武器打擊后的各種管線、儲(chǔ)罐等設(shè)備設(shè)施的戰(zhàn)損情況。

2.2.2 裝備設(shè)施庫(kù)模塊

裝備設(shè)施庫(kù)模塊主要包括建筑體系、道路及植被、交通工具、裝備器材等類(lèi)別，用于構(gòu)建任務(wù)場(chǎng)景及實(shí)施虛擬應(yīng)急處置訓(xùn)練。建筑體系包括油庫(kù)建筑模型、港口設(shè)施模型、指揮中心模型、住宅模型等，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)需要，對(duì)港口、油庫(kù)、指揮中心模型依據(jù)實(shí)際的完整建筑體系布局和真實(shí)地形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行仿真，對(duì)指定重要場(chǎng)所的室內(nèi)基礎(chǔ)建筑和電子設(shè)備進(jìn)行高仿真建模，支持虛擬實(shí)體進(jìn)入指定建筑物并與指定建筑物設(shè)施及電子設(shè)備進(jìn)行交互，典型建筑物模型的構(gòu)成要素和紋理貼圖以數(shù)據(jù)形式儲(chǔ)存在模型工具庫(kù)中，支持直接從模型工具庫(kù)中反復(fù)調(diào)用，系統(tǒng)預(yù)留編輯修改和操作接口，方便針對(duì)后期演練所需要的場(chǎng)景進(jìn)行自定義修改。道路及植被主要以港口為中心，構(gòu)建港口內(nèi)部專(zhuān)用道路、周邊道路及地形表面的草木等場(chǎng)景元素。

2.2.3 特效庫(kù)模塊

特效庫(kù)模塊主要包括火災(zāi)爆炸特效、油料泄漏特效、自然災(zāi)害特效、環(huán)境條件特效等4類(lèi)?；馂?zāi)爆炸特效包括火焰燃燒、爆炸、爆炸蔓延等。油料泄漏特效包括煙霧、海水污染、空氣污染等。自然災(zāi)害特效包括山火、臺(tái)風(fēng)、雷暴、暴雨、地震抖動(dòng)等。環(huán)境條件特效包括云、霧、風(fēng)、雨、雷電、潮汐、晝夜等。特效仿真包括自身變化仿真和連鎖反應(yīng)仿真，連鎖反應(yīng)仿真是在特效仿真的基礎(chǔ)上根據(jù)不同事故等級(jí)進(jìn)行的事故疊加與增強(qiáng)。

2.2.4 角色庫(kù)模塊

角色庫(kù)模塊包括虛擬實(shí)體和AI實(shí)體兩種模型數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可支持多達(dá)200人的角色運(yùn)行。加油員、物資搬運(yùn)員、滅火員、現(xiàn)場(chǎng)指揮員、指揮中心指揮員等角色不僅可由參訓(xùn)人員進(jìn)行操作驅(qū)動(dòng)，而且可由AI實(shí)體代管。訓(xùn)練場(chǎng)景中的消防員、醫(yī)生、駕駛員、后備人員、普通群眾等非核心人員角色統(tǒng)一設(shè)定為AI實(shí)體，其根據(jù)環(huán)境變化和接收的指令作出相應(yīng)反應(yīng)，滿(mǎn)足虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中的單兵、協(xié)同、指揮各級(jí)應(yīng)急處置演練任務(wù)。

2.3 訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)子系統(tǒng)

訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)子系統(tǒng)提供導(dǎo)調(diào)控制、預(yù)案推演和態(tài)勢(shì)顯示功能，并在電子沙盤(pán)上進(jìn)行顯示。訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)子系統(tǒng)是確保訓(xùn)練正常有效運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)交互的關(guān)鍵系統(tǒng)模塊，對(duì)虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)演、運(yùn)行管理和控制，使系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)模式運(yùn)行。該子系統(tǒng)針對(duì)訓(xùn)練中的難點(diǎn)重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)控制解決在應(yīng)急指揮集中、環(huán)境復(fù)雜嚴(yán)酷、整體性強(qiáng)、合成性強(qiáng)等方面的問(wèn)題。

2.3.1 態(tài)勢(shì)顯示模塊

態(tài)勢(shì)顯示模塊在導(dǎo)控臺(tái)的工作站上提供電子沙盤(pán)功能，主要通過(guò)虛擬仿真引擎實(shí)時(shí)計(jì)算虛擬實(shí)體在場(chǎng)景中的運(yùn)行軌跡，與場(chǎng)景信息融合后形成綜合態(tài)勢(shì)，可實(shí)時(shí)同步向現(xiàn)場(chǎng)處置人員呈現(xiàn)，支持二維態(tài)勢(shì)及三維態(tài)勢(shì)顯示并支持圖上作業(yè)。向指揮員顯示受訓(xùn)人員、車(chē)輛和艦船等二維態(tài)勢(shì)的運(yùn)動(dòng)軌跡，在電子沙盤(pán)上可實(shí)現(xiàn)電子地圖的區(qū)域放大、縮小、復(fù)原、拖動(dòng)等交互功能。三維態(tài)勢(shì)是以第一人稱(chēng)視角漫游等監(jiān)控模式在導(dǎo)控臺(tái)指揮員工作站上分屏實(shí)時(shí)顯示的各類(lèi)仿真實(shí)體的行動(dòng)和狀態(tài)，構(gòu)建逼真的三維虛擬場(chǎng)景，向指揮員呈現(xiàn)多角度的應(yīng)急處置態(tài)勢(shì)，為其快速反應(yīng)與實(shí)時(shí)干預(yù)提供技術(shù)支持。

2.3.2 導(dǎo)調(diào)控制模塊

導(dǎo)調(diào)控制模塊提供實(shí)時(shí)干預(yù)功能，使指揮員具備多種進(jìn)程控制和人工干預(yù)手段，對(duì)虛擬仿真演練的進(jìn)程實(shí)施干預(yù)，主要包括：時(shí)間設(shè)計(jì)，按照不同仿真步長(zhǎng)對(duì)虛擬仿真訓(xùn)練進(jìn)程進(jìn)行加速、減速、暫停操作；自然環(huán)境條件及災(zāi)害設(shè)置，可設(shè)置和調(diào)整風(fēng)向、風(fēng)速、潮汐、霧等各種氣象水文情況和威力等級(jí)，生成臺(tái)風(fēng)、雷電、暴雨等自然災(zāi)害和戰(zhàn)損情況；條件設(shè)置及兵力設(shè)計(jì)，按照演練需要干預(yù)事故損失結(jié)果、調(diào)整裝備設(shè)施參數(shù)、臨時(shí)增添后備人員等；實(shí)時(shí)指揮功能，及時(shí)響應(yīng)油庫(kù)、港口指揮中心的指令，模擬向上級(jí)進(jìn)行報(bào)告，模擬向周邊發(fā)出警告，通過(guò)語(yǔ)音喊話或發(fā)送文字指令對(duì)單兵及分隊(duì)的訓(xùn)練實(shí)施動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練內(nèi)容的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.3.3 預(yù)案推演模塊

預(yù)案推演模塊可供指揮員對(duì)油料補(bǔ)給突發(fā)事故所涉及4類(lèi)突發(fā)事故場(chǎng)景下的環(huán)境設(shè)計(jì)、兵力設(shè)計(jì)、災(zāi)害設(shè)計(jì)、初始狀態(tài)設(shè)計(jì)、行動(dòng)線路設(shè)計(jì)、自然環(huán)境條件設(shè)計(jì)、演練時(shí)間設(shè)計(jì)等要素的任務(wù)想定配置，完成方案的推演、評(píng)估、驗(yàn)證與發(fā)布。

2.4 模擬訓(xùn)練子系統(tǒng)

模擬訓(xùn)練子系統(tǒng)提供基礎(chǔ)訓(xùn)練、單兵訓(xùn)練、協(xié)同訓(xùn)練、自定義訓(xùn)練等功能，利用這些功能開(kāi)展模擬仿真訓(xùn)練，主要包括基礎(chǔ)訓(xùn)練、單兵訓(xùn)練、協(xié)同訓(xùn)練、自定義訓(xùn)練、輔助功能和視景顯示等模塊?；A(chǔ)訓(xùn)練模塊為參訓(xùn)人員提供油料補(bǔ)給與消防基礎(chǔ)知識(shí)，消防設(shè)備使用及維修專(zhuān)業(yè)知識(shí)，應(yīng)急處置基礎(chǔ)知識(shí)及案例等理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。單兵訓(xùn)練模塊是指在系統(tǒng)提供各種AI實(shí)體的支持下，參訓(xùn)人員獨(dú)立完成不同事故場(chǎng)景中的模擬訓(xùn)練。協(xié)同訓(xùn)練模塊是指在同一事故場(chǎng)景下，各分隊(duì)成員之間進(jìn)行協(xié)同訓(xùn)練。模擬訓(xùn)練子系統(tǒng)在對(duì)具體的科目訓(xùn)練組織上同時(shí)滿(mǎn)足單兵訓(xùn)練和協(xié)同作業(yè)訓(xùn)練兩種組訓(xùn)方式，并可靈活組合。

2.4.1 基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊

通過(guò)基礎(chǔ)訓(xùn)練模塊，參訓(xùn)人員可根據(jù)訓(xùn)練計(jì)劃或自行選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，油料補(bǔ)給及消防基礎(chǔ)知識(shí)、消防設(shè)備使用及維修專(zhuān)業(yè)知識(shí)、應(yīng)急處置基礎(chǔ)知識(shí)及案例的學(xué)習(xí)形式以文字教材、視頻、動(dòng)畫(huà)、PPT為主。該模塊可記錄參訓(xùn)人員學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容等學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，提供試題庫(kù)自測(cè)功能，使參訓(xùn)人員可查找理論知識(shí)掌握的薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性地補(bǔ)強(qiáng)。

2.4.2 單兵訓(xùn)練模塊

單兵訓(xùn)練模塊依托仿真支持系統(tǒng)綜合運(yùn)用VR技術(shù)、3D仿真技術(shù)及操縱桿、VR眼鏡、可穿戴設(shè)備等，為單兵提供PC端和VR眼鏡端兩種不同的訓(xùn)練環(huán)境，支持開(kāi)展在不同事故等級(jí)下典型事故環(huán)境中的應(yīng)急處置模擬訓(xùn)練，如應(yīng)對(duì)油料消防要求的燃油泄漏、常規(guī)性火災(zāi)、爆炸性火災(zāi)、流淌火事故、油罐爆燃、超大型燃油泄漏、超大型火災(zāi)爆炸、海面漏油等事故，應(yīng)對(duì)防災(zāi)害訓(xùn)練要求的防山火、防臺(tái)風(fēng)、防抗雷暴、港口類(lèi)專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練等內(nèi)容，應(yīng)對(duì)油料泄漏要求的管線油料溢流、管線油料噴射泄漏、儲(chǔ)罐油料溢流、儲(chǔ)罐油料噴流、海洋污染等，應(yīng)對(duì)戰(zhàn)損情況下的管線戰(zhàn)損及儲(chǔ)罐戰(zhàn)損等情況，使受訓(xùn)人員熟練掌握專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、裝備操作技能、事故應(yīng)對(duì)處置流程等。

2.4.3 協(xié)同訓(xùn)練模塊

協(xié)同訓(xùn)練模塊按照油庫(kù)指揮中心的室內(nèi)布局進(jìn)行指揮作業(yè)環(huán)境的構(gòu)建，使指揮員具備實(shí)時(shí)干預(yù)模擬訓(xùn)練進(jìn)程的能力，如與上下級(jí)進(jìn)行通信、多角度多模態(tài)監(jiān)控、二維/三維態(tài)勢(shì)顯示及交互等，同時(shí)支持目標(biāo)指定、距離測(cè)算、損失評(píng)估等功能，為指揮員提供導(dǎo)調(diào)決策依據(jù)。

在訓(xùn)練場(chǎng)景中，參訓(xùn)人員可自由移動(dòng)并收聽(tīng)虛擬場(chǎng)景中的各種環(huán)境聲效，按照任務(wù)要求攜帶或裝備角色制訂類(lèi)別的應(yīng)急處置裝備及相關(guān)設(shè)施，根據(jù)角色權(quán)限，可進(jìn)入指定建筑、設(shè)施、船舶內(nèi)部，可指揮、駕駛和搭乘指定交通工具。在處理各類(lèi)應(yīng)急事故的過(guò)程中，參訓(xùn)人員控制的角色根據(jù)自身裝備防護(hù)情況、災(zāi)害附近不利位置及其他類(lèi)型危險(xiǎn)因素，會(huì)受到指定數(shù)值的傷害，最后導(dǎo)致重傷或死亡。在AI實(shí)體的支持下，可對(duì)由AI實(shí)體驅(qū)動(dòng)的普通群眾角色下達(dá)集結(jié)、引導(dǎo)、疏散的命令，群眾角色作出相應(yīng)反應(yīng)。參訓(xùn)人員可通過(guò)臺(tái)位的耳機(jī)、麥克風(fēng)進(jìn)行異地點(diǎn)對(duì)點(diǎn)語(yǔ)音無(wú)線通信，在指定范圍內(nèi)可面對(duì)面談話與旁聽(tīng)，通過(guò)耳機(jī)可實(shí)時(shí)收聽(tīng)油庫(kù)、港口廣播，以便及時(shí)對(duì)上級(jí)指令和分隊(duì)人員的交流作出正確反應(yīng)。通過(guò)上述功能的支持，參訓(xùn)人員可在復(fù)雜困難環(huán)境下協(xié)同訓(xùn)練，達(dá)到協(xié)同模擬訓(xùn)練的目的。

2.4.4 輔助功能模塊

輔助功能模塊提供對(duì)模擬演練的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、記錄的功能。系統(tǒng)將全程采集記錄演練訓(xùn)練過(guò)程中的參訓(xùn)人員行為，包括語(yǔ)音信息、文字信息、臺(tái)位界面顯示信息、臺(tái)位操作記錄等，在自動(dòng)記錄過(guò)程中支持指揮員人工實(shí)時(shí)插入演練關(guān)鍵事件的相關(guān)文字描述或注釋?zhuān)磿r(shí)間順序存儲(chǔ)記錄在指定的關(guān)鍵事件列表中，支持事后檢索和關(guān)鍵字查詢(xún)，以提升復(fù)盤(pán)評(píng)估的時(shí)效性，并為參訓(xùn)人員的總結(jié)講評(píng)、指揮員的考核評(píng)分提供依據(jù)。

2.4.5 視景顯示模塊

視景顯示模塊負(fù)責(zé)二維/三維信息的輸出管理，參訓(xùn)人員通過(guò)VR技術(shù)進(jìn)行訓(xùn)練場(chǎng)景交互，同時(shí)該場(chǎng)景以大屏幕顯示，使指揮員及觀眾可通過(guò)大屏幕觀察參訓(xùn)人員的操作流程和訓(xùn)練狀況，另外電子沙盤(pán)為指揮員提供實(shí)時(shí)干預(yù)接口。

3 數(shù)據(jù)服務(wù)總線

數(shù)據(jù)服務(wù)總線提供可靠高效的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，保證系統(tǒng)在多人聯(lián)機(jī)狀態(tài)下的可靠運(yùn)行，其作用是連接虛擬空間、實(shí)體空間和仿真空間。數(shù)據(jù)服務(wù)總線如圖2所示。角色數(shù)據(jù)同步服務(wù)實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練用戶(hù)和AI實(shí)體在場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)同步，主要功能包括管理客戶(hù)端的接入控制，對(duì)客戶(hù)端進(jìn)行上下線的心跳檢測(cè)，在各分系統(tǒng)中統(tǒng)一時(shí)鐘的時(shí)間校對(duì)，在協(xié)同訓(xùn)練中分組組隊(duì)的團(tuán)隊(duì)管理，AI實(shí)體的生成、消滅和同步等計(jì)算機(jī)生成兵力(Computer Generated Forces，CGF)管理。VRPN服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)服務(wù)器、各客戶(hù)端、各子系統(tǒng)之間的時(shí)間同步、空間同步、交互同步[6]，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口支持實(shí)物與半實(shí)物仿真器、剛體設(shè)備與輸入輸出設(shè)備虛擬化接入，打通虛實(shí)空間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)虛擬空間與實(shí)體空間的一致化操作，滿(mǎn)足VR訓(xùn)練高幀率、強(qiáng)交互的需求。

圖2 數(shù)據(jù)服務(wù)總線

4 結(jié) 語(yǔ)

分析大型港口油料消防演練虛擬仿真系統(tǒng)的MVC模式分層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜的全局系統(tǒng)劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，逐一介紹其功能模塊。結(jié)果表明，MVC模式分層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)利用控制器將模型與視圖分離，降低三者之間的耦合度，使該系統(tǒng)具有邏輯結(jié)構(gòu)清晰、功能劃分有序的特點(diǎn)，有助于開(kāi)發(fā)人員分工協(xié)作，提高開(kāi)發(fā)效率，增強(qiáng)系統(tǒng)程序的可維護(hù)性和可拓展性，為其他大型港口消防演練虛擬仿真平臺(tái)的研制提供借鑒。