錢珣 李敏

摘要：近幾年，世界各地地震頻發(fā)，其中不乏七級以上的強震。地震造成建筑物破壞，人員傷亡，損失重大。而地震中人群聚集場所，人員能否進行快速有序的緊急疏散是減少甚至避免重大傷亡的有效手段。但在學校、醫(yī)院、地鐵站等場所進行緊急疏散訓練，耗時耗力且高花費。并且由于并沒有真實的地震效果，訓練人員很難產(chǎn)生地震中慌亂恐懼的心里，難以達到良好的訓練效果?；诖?，文章首先介紹了地震疏散訓練的研究狀況和發(fā)展趨勢，介紹了虛擬現(xiàn)實在安全訓練和教育游戲方面的設想和實現(xiàn)，以期望能夠對地震疏散游戲提供一定的借鑒。

關鍵詞：地震疏散訓練;虛擬現(xiàn)實;教育游戲;地震疏散游戲

中圖分類號：TU244?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）04-0058-02

Abstract：In recent years， earthquakes occur frequently all over the world， among which there are strong earthquakes of magnitude 7 or above. The earthquake caused damage to buildings， casualties， heavy losses. However， in the places where people gather in earthquakes， it is an effective means to reduce or even avoid heavy casualties if people can carry out rapid and orderly emergency evacuation. However， emergency evacuation training in schools， hospitals， subway stations and other places is time-consuming and costly. And because there is no real earthquake effect， it is difficult for the trainers to have panic and fear in the heart of the earthquake， and difficult to achieve a good training effect. Based on this， this paper first introduces the research status and development trend of earthquake evacuation training， and introduces the assumption and implementation of virtual reality in safety training and educational games， so as to provide some reference for earthquake evacuation games.

Key words：earthquake evacuation training;Virtual reality;Educational games;Earthquake evacuation game

2008年5月12日，汶川發(fā)生8級地震，四川綿陽安縣桑棗中學2000多名師生1分36秒內(nèi)撤離教室，無一人傷亡。由此可見，無論是中小學還是各個大專院校的聚集性群體的疏散演練，以及正確疏散方法的訓練和疏散時線路的熟悉程度對疏散速度、疏散成功率是非常重要的因素。這不僅可以確保師生的生命安全，確保在災難來臨時，把損失和傷害降到最低限度，更能夠提高師生面對緊急事件的處理能力和防范自救的能力。但是這樣的群體性訓練，在訓練時需要花費大量的時間和人員進行前期的準備工作。并且在訓練中必須進行有效的組織，否則不僅達不到預想的目的，更容易發(fā)生混亂導致各種事故的發(fā)生。因此對地震中人員進行合理高效的疏散成為研究的重點。在緊急情況下，逃生人群的行為相當復雜，不僅受周圍環(huán)境的影響，還與人當時的心情、身體素質(zhì)、應激反應等有很大關系。因此利用虛擬現(xiàn)實進行仿真的路線規(guī)劃，進行一些先期的模擬訓練，可以為緊急疏散達到了更好的效果。

1 地震疏散訓練國內(nèi)國外的研究狀況和發(fā)展趨勢

1.1國外研究狀況。計算機虛擬技術應用于虛擬地震緊急疏散方面的研究工作起步較晚，但相信隨著虛擬現(xiàn)實在各方面的應用普及，在這方面的發(fā)展統(tǒng)一會非常迅速。

1993年，英國ColtVirtualRcality公司開發(fā)了一個成為Vcgas的火災疏散演示設計模擬仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用戶具有沉浸感和臨場感，能夠讓用戶親身體驗火災時的感受。

澳大利亞Sydac公司開發(fā)的地鐵虛擬訓練系統(tǒng)，工作人員和乘客可以在虛擬的地鐵環(huán)境下進行突發(fā)事件的協(xié)同訓練。

意大利烏內(nèi)迪大學利用虛擬現(xiàn)實技術再現(xiàn)了發(fā)生在1976年意大利Friuli地區(qū)的一次6.4級地震。但該系統(tǒng)只通過視頻的方式再現(xiàn)了地震時的場景，沒有交互性，也沒有模擬人物在地震中的疏散情況。

1.2國內(nèi)研究狀況。虛擬現(xiàn)實技術在我國的安全教育上逐步開始廣泛的應用。在這方面國做了大量的研究工作，但是對于地震的緊急疏散方面的地震模型完善和人物模型方面有待進一步完善研究。

上?？萍拣^展區(qū)有套由沈毅力等人設計的地震環(huán)境虛擬再現(xiàn)系統(tǒng)，是一個集娛樂與科教的大型系統(tǒng)。

四川理工學院劉鍇等人在VR技術在防震安全教育軟件開發(fā)中的應用研究中，改善了仿真教育手段和形式，并在其文中分析虛擬現(xiàn)實技術應用于防震安全教育中的優(yōu)勢。

中國地震局工程力學研究所王東明在其論文地震災害模擬及救援虛擬仿真訓練系統(tǒng)研究中提出了科學救援的現(xiàn)代救援的重要理念。

這些系統(tǒng)大多基于震后場景再現(xiàn)，對震中場景的設置和模擬較為缺乏，同時也缺少一些人物模型建立，以及疏散過程的模擬和變化。

1.3發(fā)展趨勢。隨著計算機技術的高速發(fā)展，運用計算機與信息技術建立直觀、真實的模擬訓練系統(tǒng)來減少人力、物力資源的浪費。建立在計算機技術、圖形圖像處理、傳感器等基礎上的虛擬現(xiàn)實技術非常符合這種需求，利用計算機生成與現(xiàn)實相近的虛擬環(huán)境，通過交互式手段，讓人在逼真的虛擬地震現(xiàn)場進行逃生和疏散演練。一次虛擬現(xiàn)實技術，能為訓練者提供安全、方便、廉價、真實感強和可交互的虛擬地震場景進行地震逃生與疏散演練。這是目前國內(nèi)外地震演練的發(fā)展趨勢。

2 Unity3D虛擬現(xiàn)實

校園地震疏散游戲利用先進的三維可視化、虛擬仿真技術與計算機網(wǎng)絡，研制基于真實校園環(huán)境地震模擬和地震救援模擬演練仿真系統(tǒng)，解決實際演練中設備需求多、人員需求廣、演練成本高、物資消耗多，開展頻率低，訓練效果差等問題。

3 虛擬地震逃生游戲的設想和實現(xiàn)

3.1地震方案及疏散系統(tǒng)的設定，以游戲的模式設置，通過初始知識點過關的方式，了解地震的而基本知識，以及在地震中避險和逃生的知識;通過實際的模擬訓練，在與實踐環(huán)境相同的場景中，以游戲的形式進行避險和逃生，自救和互助的訓練，以達到與真實訓練最接近的效果。

3.2震前、震中虛擬校園場景設定：利用三維軟件進行校園場景中樓舍、道路、人物、環(huán)境等在震前以及遭遇地震時位移、脫落、飛濺等進行建模。

3.3對地震過程的模擬：在這部分的模擬包括建筑物搖晃、位移，小物件脫落，玻璃破裂等進行實時性比較高的模擬模型，在游戲引擎下進行虛擬的動態(tài)模擬地震過程。

3.4人群疏散路線的模擬：首先進行人群疏散路線的研究，找出逃生軌跡。在游戲引擎下進行兩個方面的行為設定：基于命令的人群疏散的引導，受訓者逃生運動路線的控制;基于視覺的感知反應的行人運動，即找出使人群具有對周圍環(huán)境感知的運動模型，使人群與周圍的環(huán)境產(chǎn)生交互，比如在有碎片落下時人的即時躲閃，逃生路線的設定等。

4 研究方案

4.1技術方案（技術路線，技術措施）

（1）系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)主要包括以下幾個部分組成：

校園地震疏散游戲：

①場景建模

②地震模擬

③疏散模擬

（2）各模塊作用。

①場景建模：創(chuàng)建三維場景。利用3dmax等三維建模軟件實現(xiàn)真實校園場景（建筑、地形樹木等）及學生、教師等人物的三維建模。這部分是該系統(tǒng)的重要部分。

②地震模擬：這部分主要實現(xiàn)模擬地震波以及樓房等建筑在地震中的移位變化，小物件掉落，玻璃破碎等動畫的實現(xiàn)，結合3dmax骨骼、蒙皮、動畫等技術以及unity3d引擎進行交互性設計。

③疏散模擬：以Unity3D為開發(fā)平臺，結合優(yōu)化的疏散路徑算法，實現(xiàn)對虛擬校園疏散系統(tǒng)的開發(fā)。包括模型導入、材質(zhì)燈光添加，路線規(guī)劃，以及交互性的實現(xiàn)。

（3）軟件部分。AutoCAD二維平面圖像作為校園數(shù)據(jù)采集和地形設計，3Dmax為主MaxScripts腳本編程技術為輔的建模方式，利用層次建模方法，結合多邊形建模、樣條線建模、法線建模等構建校園系統(tǒng)的室內(nèi)室外主體場景以及人物、環(huán)境、地形等模型建立，利用骨骼、蒙皮、動畫等技術結合模型美工、特效等技術進行動畫、特效的設計和制作;以疏散人員的時間，位置，擁堵度，風險作為路徑?jīng)Q策目標來規(guī)劃路徑，利用以Unity 3D軟件為平臺，結合OpenVR等提供的方法，進行效果合成，最終實現(xiàn)校園地震疏散系統(tǒng)的交互性。

4.2方案實施所需的條件（技術條件，試驗條件）

（1）技術條件。虛擬現(xiàn)實技術：虛擬現(xiàn)實技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術多媒體技術傳感技術網(wǎng)絡技術等多種技術的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現(xiàn)實技術（VR）主要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設備等方面。

（2）實驗條件。

①硬件條件

Unity3d開發(fā)平臺

PC及上網(wǎng)環(huán)境

②軟件條件。

AutoCAD、3Dmax、Photoshop、Unity3D、virtoolsK等，以及Vary、OpenVR，、steamVR等插件。

5 結語

后期的工作是繼續(xù)完善場景和人物的建模，增強場景的真實感，和游戲其中的沉浸感，完善虛擬系統(tǒng)的應用，使該系統(tǒng)成為學生進行地震應急和疏散演練安全且有效的平臺，也拓展該系統(tǒng)的應用范圍和社會效益。

隨著5G網(wǎng)絡的推出，VR將無處不在，對這樣人性化、靈活的基于虛擬現(xiàn)實下的教育游戲的探討和研究也就隨之成為一種必然，虛擬現(xiàn)實技術將不斷的走向成熟，不斷的改變我們的生活方式。而虛擬現(xiàn)實技術與教育游戲的結合，將是改進未來教育教學方法的一個必然趨勢。

參考文獻：

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[3]賀靜靜.基于虛擬現(xiàn)實技術的地震緊急疏散演練模擬研究[D].云南師范大學，2014.

作者簡介：錢珣（1976-），女，四川綿陽人，漢族，本科，講師，研究方向：數(shù)字媒體。