虚拟现实技术在消防模拟训练中的实际应用

张俊刚

（中国人民武装警察部队学院消防指挥系 河北廊坊 065000）

虚拟现实技术在消防模拟训练中的实际应用

张俊刚

（中国人民武装警察部队学院消防指挥系 河北廊坊 065000）

综述了国内外基于虚拟现实技术的消防灭火救援模拟训练技术的研究成果和虚拟现实技术应用于消防灭火救援训练的基本模式和方法，并就其发展进行展望。

虚拟现实技术；消防；灭火救援；模拟训练

随着计算机技术的发展，计算机模拟技术的应用领域日益广阔。计算机模拟训练有效解决了消防领域传统训练过程中环境、气象、成本等因素对训练产生影响的问题，虚拟现实技术提供了一个身临其境的交互式视景仿真的训练环境。因此，现代消防模拟训练系统应该是基于虚拟现实技术的智能消防系统。

1 我国现有消防训练方法存在的主要问题

（1）消防人员培训的内容专业化程度不够深入，针对特殊对象的战术训练较少。如对高层火灾扑救战术，传统的训练方法很难针对建筑火灾特点以及建筑火灾的发展规律，寻找火灾的最危险点和最脆弱点，从而很难制定针对性强的作战方案并开展相应的训练；在石油化工厂事故、煤矿事故等不同环境条件下的特殊灾害事故训练方面，很难模拟真实的火灾和爆炸事故场景，也很难针对灾害的特殊性进行专门研究并制定一套系统的演练方案。

（2）在心理素质训练方面，传统的基础训练注重体能、理论训练，而消防人员在特殊环境下心理承受能力的训练（如在高温、浓烟的环境下，在高空负荷下等特殊条件下的作战训练等），则主要是利用模拟训练设施来进行，且是一种行之有效的方法，但是其投资规模大，且火灾、爆炸等灾害的模拟重复性差。

2 虚拟现实技术在消防模拟训练中的意义

虚拟现实（Virtual Reality，V R）技术是20世纪末发展起来的涉及众多学科的技术。它集计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于一体，理想的虚拟现实技术就是利用这些技术，通过计算机创建一种虚拟环境，通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等作用，使用户产生和现实中一样的感觉，并可实现用户与该环境直接交互。鉴于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，它在消防训练中起到举足轻重的作用。

利用虚拟现实技术进行专题模拟和特殊灾害模拟，具有逼真、安全、成本低廉、易于重复等优点，解决了当前训练中普遍存在的真实性差、训练费用高以及非专业化等问题。虚拟现实技术使过去的监控系统二维界面转变为三维界面，可以逼真地显示建筑物的外形，消防指挥员可以根据建筑物的分布情况及时作出营救计划，尽量减少人员和财产损失。虚拟现实技术还可以构建“虚拟火场”，让指挥员和战斗员有直接进入火灾或事故现场的感觉，能够在近似实战的条件下运用装备去完成各种灭火技术和战术训练，提高作战能力，同时能训练消防人员的心理承受能力。因此，虚拟现实技术在消防安全工程中具有广阔的应用前景。

3 国内消防模拟训练技术研究进展

3.1 数字化预案系统方面

我国的数字化灭火预案系统应用比较广泛，技术越来越成熟。以大连希尔顿酒店《数字化消防灭火预案》为例，能比较清楚地看出V R技术在消防模拟训练指挥系统中应用的过程。此预案是针对该酒店的消防灭火预案，并进行了一系列相应的数字化工作。本着仿真实用、表达清新、易于理解、操作便捷等原则，采用V R技术建立了该酒店仿真三维建筑模型，对其自然情况（包括：地理位置、周围道路、建筑、水源、建筑内部结构、内部消防设施、功能分区、重点部位、疏散楼梯、防火分区、竖井通道、水管道及流向等）进行数字化处理，并以此进行数据分析，形成火情分析、单位自救、调度指挥、灭火措施、注意事项等一整套虚拟火灾灭火救援预案。

3.2 建筑火灾方面

中国科学技术大学和中国矿业大学合作，针对大空间建筑火灾的特点，建立了大空间建筑火灾V R系统。该系统以OpenGL作为三维图形显示基础，火灾模型选用场区复合模型。用户借助立体眼镜可以感受周围建筑环境、火灾发生发展状况，借助于鼠标、数据手套等外部设备实现了走动、拾取、使用灭火器灭火等操作，系统具有较好的沉浸性和交互性。系统主要用于培养公民的消防安全意识和扑救初期火灾的能力，还可用于研究火灾条件下人的心理等。

3.3 油罐火灾方面

中国人民武警察部队学院开发了油罐火灾灭火指挥计算机模拟训练系统。该系统属于分布式仿真系统，由导演部、总指挥部、冷却灭火和供水保障分指挥部等构成，以GIS系统和火灾三维场景显示作为主要交互界面。系统主要采用Microsof t COM/DCOM/COM+技术实现服务器与用户机的信息传输，采用面向对象技术和综合知识库实现火灾态势引导、灭火方案生成和作战方案评判等功能。该系统具有一定的智能推理和训练评估功能，主要用于训练、提高指挥员对于油罐火灾的指挥能力和战术素质。

3.4 煤矿事故救援训练方面

太原理工大学以VRML和Java的接口为基础，利用Java语言编写程序脚本，结合VRML的cript节点实现用户对整个煤矿事故救援训练过程的交互控制。该系统对救援训练过程的仿真，可使救护队员在计算机提供的虚拟环境中熟练掌握救援技术。

3.5 教育方面

沈阳市消防支队设计的3D火灾逃生模拟系统是基于3D虚拟技术的互动式教育游戏系统，给使用者提供了一个模拟火灾发生后进行逃生自救行为的数字化平台。该系统利用虚拟现实技术，通过参数控制，建立完整的火灾环境，以3D互动方式仿真火灾发生和发展的过程，采用游戏向导的学习方法，对系统的使用者在虚拟的火灾灾场的反应、行为进行系统的评价和指导。该系统不仅提供了安全、真实、有效的火灾逃生自救训练平台，同时也宣传消防知识，推广消防经验，对社会以及人民的生活产生积极影响。

4 消防模拟训练技术展望

随着计算机技术的发展，模拟训练急速也得到了很大的提高。从单机形式到网络化平台，从简单图形技术到立体三维现实技术，从简单交互到智能交互，模拟训练系统的操作距离、可视化效果、沉浸感、交互性等都得到了很大的提高。基于网络化的虚拟现实技术为基础的消防模拟训练将成为今后发展的主导方向。

[1]高小辉.分布式虚拟环境在消防预案中的应用[D].首都师范大学：首都师范大学，2007.

[2]戚宜欣，汪箭，季辉，等.建筑火灾虚拟现实系统研究[C].99城市火灾安全国际学术会.

TP391.9

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1004-7344（2016）07-0332-01

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