校园地震疏散游戏的设计和研究

钱珣 李敏

摘要：近几年，世界各地地震频发，其中不乏七级以上的强震。地震造成建筑物破坏，人员伤亡，损失重大。而地震中人群聚集场所，人员能否进行快速有序的紧急疏散是减少甚至避免重大伤亡的有效手段。但在学校、医院、地铁站等场所进行紧急疏散训练，耗时耗力且高花费。并且由于并没有真实的地震效果，训练人员很难产生地震中慌乱恐惧的心里，难以达到良好的训练效果。基于此，文章首先介绍了地震疏散训练的研究状况和发展趋势，介绍了虚拟现实在安全训练和教育游戏方面的设想和实现，以期望能够对地震疏散游戏提供一定的借鉴。

关键词：地震疏散训练;虚拟现实;教育游戏;地震疏散游戏

中图分类号：TU244   文献标识码：A   文章編号：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，汶川发生8级地震，四川绵阳安县桑枣中学2000多名师生1分36秒内撤离教室，无一人伤亡。由此可见，无论是中小学还是各个大专院校的聚集性群体的疏散演练，以及正确疏散方法的训练和疏散时线路的熟悉程度对疏散速度、疏散成功率是非常重要的因素。这不仅可以确保师生的生命安全，确保在灾难来临时，把损失和伤害降到最低限度，更能够提高师生面对紧急事件的处理能力和防范自救的能力。但是这样的群体性训练，在训练时需要花费大量的时间和人员进行前期的准备工作。并且在训练中必须进行有效的组织，否则不仅达不到预想的目的，更容易发生混乱导致各种事故的发生。因此对地震中人员进行合理高效的疏散成为研究的重点。在紧急情况下，逃生人群的行为相当复杂，不仅受周围环境的影响，还与人当时的心情、身体素质、应激反应等有很大关系。因此利用虚拟现实进行仿真的路线规划，进行一些先期的模拟训练，可以为紧急疏散达到了更好的效果。

1 地震疏散训练国内国外的研究状况和发展趋势

1.1国外研究状况。计算机虚拟技术应用于虚拟地震紧急疏散方面的研究工作起步较晚，但相信随着虚拟现实在各方面的应用普及，在这方面的发展统一会非常迅速。

1993年，英国ColtVirtualRcality公司开发了一个成为Vcgas的火灾疏散演示设计模拟仿真系统。该系统使用户具有沉浸感和临场感，能够让用户亲身体验火灾时的感受。

澳大利亚Sydac公司开发的地铁虚拟训练系统，工作人员和乘客可以在虚拟的地铁环境下进行突发事件的协同训练。

意大利乌内迪大学利用虚拟现实技术再现了发生在1976年意大利Friuli地区的一次6.4级地震。但该系统只通过视频的方式再现了地震时的场景，没有交互性，也没有模拟人物在地震中的疏散情况。

1.2国内研究状况。虚拟现实技术在我国的安全教育上逐步开始广泛的应用。在这方面国做了大量的研究工作，但是对于地震的紧急疏散方面的地震模型完善和人物模型方面有待进一步完善研究。

上海科技馆展区有套由沈毅力等人设计的地震环境虚拟再现系统，是一个集娱乐与科教的大型系统。

四川理工学院刘锴等人在VR技术在防震安全教育软件开发中的应用研究中，改善了仿真教育手段和形式，并在其文中分析虚拟现实技术应用于防震安全教育中的优势。

中国地震局工程力学研究所王东明在其论文地震灾害模拟及救援虚拟仿真训练系统研究中提出了科学救援的现代救援的重要理念。

这些系统大多基于震后场景再现，对震中场景的设置和模拟较为缺乏，同时也缺少一些人物模型建立，以及疏散过程的模拟和变化。

1.3发展趋势。随着计算机技术的高速发展，运用计算机与信息技术建立直观、真实的模拟训练系统来减少人力、物力资源的浪费。建立在计算机技术、图形图像处理、传感器等基础上的虚拟现实技术非常符合这种需求，利用计算机生成与现实相近的虚拟环境，通过交互式手段，让人在逼真的虚拟地震现场进行逃生和疏散演练。一次虚拟现实技术，能为训练者提供安全、方便、廉价、真实感强和可交互的虚拟地震场景进行地震逃生与疏散演练。这是目前国内外地震演练的发展趋势。

2 Unity3D虚拟现实

校园地震疏散游戏利用先进的三维可视化、虚拟仿真技术与计算机网络，研制基于真实校园环境地震模拟和地震救援模拟演练仿真系统，解决实际演练中设备需求多、人员需求广、演练成本高、物资消耗多，开展频率低，训练效果差等问题。

3 虚拟地震逃生游戏的设想和实现

3.1地震方案及疏散系统的设定，以游戏的模式设置，通过初始知识点过关的方式，了解地震的而基本知识，以及在地震中避险和逃生的知识;通过实际的模拟训练，在与实践环境相同的场景中，以游戏的形式进行避险和逃生，自救和互助的训练，以达到与真实训练最接近的效果。

3.2震前、震中虚拟校园场景设定：利用三维软件进行校园场景中楼舍、道路、人物、环境等在震前以及遭遇地震时位移、脱落、飞溅等进行建模。

3.3对地震过程的模拟：在这部分的模拟包括建筑物摇晃、位移，小物件脱落，玻璃破裂等进行实时性比较高的模拟模型，在游戏引擎下进行虚拟的动态模拟地震过程。

3.4人群疏散路线的模拟：首先进行人群疏散路线的研究，找出逃生轨迹。在游戏引擎下进行两个方面的行为设定：基于命令的人群疏散的引导，受训者逃生运动路线的控制;基于视觉的感知反应的行人运动，即找出使人群具有对周围环境感知的运动模型，使人群与周围的环境产生交互，比如在有碎片落下时人的即时躲闪，逃生路线的设定等。

4 研究方案

4.1技术方案（技术路线，技术措施）

（1）系统组成。该系统主要包括以下几个部分组成：

校园地震疏散游戏：

①场景建模

②地震模拟

③疏散模拟

（2）各模块作用。

①场景建模：创建三维场景。利用3dmax等三维建模软件实现真实校园场景（建筑、地形树木等）及学生、教师等人物的三维建模。这部分是该系统的重要部分。

②地震模拟：这部分主要实现模拟地震波以及楼房等建筑在地震中的移位变化，小物件掉落，玻璃破碎等动画的实现，结合3dmax骨骼、蒙皮、动画等技术以及unity3d引擎进行交互性设计。

③疏散模拟：以Unity3D为开发平台，结合优化的疏散路径算法，实现对虚拟校园疏散系统的开发。包括模型导入、材质灯光添加，路线规划，以及交互性的实现。

（3）软件部分。AutoCAD二维平面图像作为校园数据采集和地形设计，3Dmax为主MaxScripts脚本编程技术为辅的建模方式，利用层次建模方法，结合多边形建模、样条线建模、法线建模等构建校园系统的室内室外主体场景以及人物、环境、地形等模型建立，利用骨骼、蒙皮、动画等技术结合模型美工、特效等技术进行动画、特效的设计和制作;以疏散人员的时间，位置，拥堵度，风险作为路径决策目标来规划路径，利用以Unity 3D软件为平台，结合OpenVR等提供的方法，进行效果合成，最终实现校园地震疏散系统的交互性。

4.2方案实施所需的条件（技术条件，试验条件）

（1）技术条件。虚拟现实技术：虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。

（2）实验条件。

①硬件条件

Unity3d开发平台

PC及上网环境

②软件条件。

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

5 結语

后期的工作是继续完善场景和人物的建模，增强场景的真实感，和游戏其中的沉浸感，完善虚拟系统的应用，使该系统成为学生进行地震应急和疏散演练安全且有效的平台，也拓展该系统的应用范围和社会效益。

随着5G网络的推出，VR将无处不在，对这样人性化、灵活的基于虚拟现实下的教育游戏的探讨和研究也就随之成为一种必然，虚拟现实技术将不断的走向成熟，不断的改变我们的生活方式。而虚拟现实技术与教育游戏的结合，将是改进未来教育教学方法的一个必然趋势。

参考文献：

[1]刘锴，刘玉龙.VR技术在防震安全教育软件开发中的应用研究[J].徐州师范大学学报，自然科学版，2009（03）：45-48.

[2]吕志明，王婷婷，张付有.基于虚拟现实技术的地震逃生游戏的设计——以地震紧急疏散为例[J].电脑知识与技术，2015（11）：208-209.

[3]贺静静.基于虚拟现实技术的地震紧急疏散演练模拟研究[D].云南师范大学，2014.

作者简介：钱珣（1976-），女，四川绵阳人，汉族，本科，讲师，研究方向：数字媒体。