唐斌

（九江市公安消防支隊(duì)廬山區(qū)消防大隊(duì)，江西 九江 332000）

隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，高層建筑、地下建筑、大型化工企業(yè)等各種新型建筑不斷涌現(xiàn)，使消防工作面臨了新的挑戰(zhàn)，各類建筑火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展越來(lái)越復(fù)雜，給滅火救援工作帶來(lái)巨大的困難。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入到消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中，有利于解決消防工作中的這些新問題。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概述

虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)是指利用人工智能、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口、多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及電子、機(jī)械、視聽等高新技術(shù)，模擬人在特定環(huán)境中的視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于計(jì)算機(jī)創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間，這種虛擬的環(huán)境是通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，并編制到計(jì)算機(jī)中去生成一個(gè)以視覺感受為主，也包括聽覺、觸覺的綜合可感知的人工環(huán)境，從而使得在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于這個(gè)環(huán)境的感覺，可以直接觀察、操作、觸摸、檢測(cè)周圍環(huán)境及事物的內(nèi)在變化，使用者不僅能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制，感受到真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中的意義和發(fā)展方向

由于虛擬現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景是虛構(gòu)的，因此，它既可以是真實(shí)世界中場(chǎng)景的重現(xiàn)，也可以是完全虛構(gòu)的場(chǎng)景。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以解決許多按傳統(tǒng)方法難以或者無(wú)法解決的問題。

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使過(guò)去以體能、技能和程序化模式相結(jié)合的訓(xùn)練法轉(zhuǎn)變?yōu)轶w能、技能、智能和親身體會(huì)實(shí)戰(zhàn)相結(jié)合的仿真模式訓(xùn)練法，讓作戰(zhàn)人員感覺到像直接進(jìn)人火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)一樣。我們通過(guò)場(chǎng)景模擬技術(shù)，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的立體聽覺生成技術(shù)，三維定位、方向、觸覺反饋傳感技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)火場(chǎng)的各種參數(shù)進(jìn)行合成處理，按照滅火預(yù)案基本的組織指揮程序，把任務(wù)以數(shù)字的方式反映到人的大腦中，按照各自的分工和職能展開滅火作戰(zhàn)。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最重要的一點(diǎn)是實(shí)施滅火作戰(zhàn)過(guò)程中可以完成對(duì)指戰(zhàn)人員火場(chǎng)作戰(zhàn)中的體能、智能、技能以及心理素質(zhì)測(cè)試虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)大大提高訓(xùn)練的效能比；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用將使全體指戰(zhàn)員積累應(yīng)付火災(zāi)的豐富經(jīng)驗(yàn)，特別針對(duì)一些不能正常開展的劇毒性、危險(xiǎn)性科目的訓(xùn)練，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以取得良好的訓(xùn)練效果。

2.2 滅火作戰(zhàn)預(yù)案可以在火災(zāi)時(shí)幫助消防部門了解建筑物的位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用性質(zhì)、人員、疏散出口和消防設(shè)施等情況，研究可能的起火情形及迅速制訂合理的作戰(zhàn)方案，提高現(xiàn)場(chǎng)作戰(zhàn)指揮的效率和能力。傳統(tǒng)的消防預(yù)案主要通過(guò)文字與二維平面圖描述建筑物的相關(guān)信息和作戰(zhàn)部署，對(duì)于一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的建筑，難以充分和直觀地表現(xiàn)內(nèi)外部的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也難以描述火勢(shì)和煙霧在建筑內(nèi)部的發(fā)展和蔓延過(guò)程。另外，傳統(tǒng)的消防預(yù)案還缺乏足夠的分析功能，例如難以對(duì)火勢(shì)、煙霧的發(fā)展和蔓延進(jìn)行即時(shí)分析和預(yù)測(cè)，難以對(duì)消防設(shè)備的使用情況進(jìn)行即時(shí)查詢、統(tǒng)計(jì)和優(yōu)化，難以評(píng)估建筑內(nèi)部火和煙霧的蔓延對(duì)人員疏散的影響等。為了使消防戰(zhàn)士熟悉滅火作戰(zhàn)方案和消防設(shè)備的操控，保證火災(zāi)發(fā)生時(shí)滅火作戰(zhàn)方案能夠得到順利實(shí)施，需要舉行消防作戰(zhàn)演習(xí)。類似地，為了保證火災(zāi)中人員能夠及時(shí)安全疏散，以及檢查疏散過(guò)程中可能出現(xiàn)的問題（例如建筑內(nèi)部空間過(guò)于復(fù)雜，疏散標(biāo)志不夠明顯等），還需要舉行緊急疏散演習(xí)。然而，滅火作戰(zhàn)演習(xí)和緊急疏散演習(xí)都存在成本高昂、可重復(fù)性差的問題，而且，若在演習(xí)中添加火焰和煙霧的效果，以考慮火和煙霧對(duì)滅火作戰(zhàn)和緊急疏散的影響，則在一定程度上可能造成事故，具有一定的危險(xiǎn)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為解決上述問題提供了新途徑，帶來(lái)了消防領(lǐng)域工作方式和觀念的變革。

3 實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用中，我們利用了虛擬現(xiàn)實(shí)可視化的特點(diǎn)，使用3D模型達(dá)到事物的仿真，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，建立模擬仿真系統(tǒng)并將其應(yīng)用于工作中。

3.1 三維建模

根據(jù)現(xiàn)有的照片、平面圖紙、遙感照片等原始的二維圖片，使用3DMAX等工具構(gòu)建模型。三維模型是虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的第一步，建模的工具多種多樣，常用的工具有3DMAX、MAYA、JAVA3D、AUTOCAD、OPENG L、DIRECTX等免費(fèi)3D開發(fā)程序等等。

3.2 場(chǎng)景制作

場(chǎng)景制作是利用處理好的模型，構(gòu)建場(chǎng)景，需要考察真實(shí)環(huán)境，利用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行重新組合，對(duì)場(chǎng)景規(guī)劃布局、添加綠化、設(shè)置動(dòng)畫路徑、編輯互動(dòng)操作界面等，最后進(jìn)行發(fā)布。3D場(chǎng)景可實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境的仿真，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)交互。

3.3 模型與數(shù)據(jù)庫(kù)二次開發(fā)

模型與數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)過(guò)二次開發(fā)所形成的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件產(chǎn)品是3D模型的深層應(yīng)用，也是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的目標(biāo)。使用VR技術(shù)與多媒體及可視化技術(shù)相結(jié)合，可以創(chuàng)造一種虛擬的真實(shí)環(huán)境，可以將孤單的數(shù)據(jù)公式、計(jì)算數(shù)值用完全真實(shí)的立體效果表示出來(lái)，并且人們可以交互式地控制這種表示結(jié)果，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)改變參數(shù)來(lái)觀察計(jì)算結(jié)果?；A(chǔ)模型必須與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)三維圖形與應(yīng)用數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、動(dòng)態(tài)管理。

3.4 三維實(shí)時(shí)交互和視景管理軟件

三維實(shí)時(shí)交互和視景管理軟件又稱為三維引擎，是用戶開發(fā)應(yīng)用程序的支持工具。引擎的基本功能是三維數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)顯示，提供控制三維數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種參數(shù)的接口，封裝圖形、聲音的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。同時(shí)，引擎還為復(fù)雜的應(yīng)用如碰撞檢測(cè)、智能目標(biāo)、景物動(dòng)態(tài)生成等提供內(nèi)部支持。

3.5 以模型驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用程序開發(fā)

用戶程序的開發(fā)主要是針對(duì)各種典型火災(zāi)場(chǎng)景和滅火預(yù)案，建立描述虛擬環(huán)境中景物多種特征的模型，并將這些模型分解為對(duì)三維數(shù)據(jù)庫(kù)的控制，并通過(guò)引擎提供的各種實(shí)現(xiàn)所需要的控制。另外，還要進(jìn)行交互過(guò)程設(shè)計(jì)，用戶界面設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的集成。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于消防戰(zhàn)訓(xùn)工作面臨的困難

從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)確實(shí)能夠輔助消防戰(zhàn)訓(xùn)工作，解決很多現(xiàn)實(shí)問題，但就目前國(guó)內(nèi)消防部隊(duì)的實(shí)際情況而言，要想在消防戰(zhàn)訓(xùn)工作中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還存在不少的困難和障礙。

一是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)推廣的成本較高，不是每支消防部隊(duì)都有條件購(gòu)買并投入使用；二是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，雖然消防部隊(duì)近些年引進(jìn)了不少計(jì)算機(jī)專業(yè)人才，但現(xiàn)實(shí)人員配備不論從專業(yè)水平還是數(shù)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求；三是國(guó)內(nèi)在虛擬現(xiàn)實(shí)研究方面剛剛起步，技術(shù)上并不是很成熟，還需要進(jìn)一步的探究和摸索。

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