基于VR的特种灾害事故救援模拟训练模块及功能探析

摘要：特种灾害事故救援处置频率日益上升，开展高效的模拟训练势在必行。基于VR的特种灾害事故救援处置模拟基础训练可在多场景、多灾种情境下展开，具有低成本、高效益的优势。该模拟基础训练可分为认知、操作、心理训练和考核四个模块，每個模块都有各自的功能。

关键词：VR;特种灾害事故;救援处置;训练模块

一、基于VR的特种灾害事故救援处置基础训练概述

通俗地讲，特种灾害事故救援就是除常见、常规外的事故救援，即在应急救援任务中，消防员除常规的灭火救援、建筑、森林火灾、危化品、水域、地震、交通事故救援救助等外的，还会遇到电梯、船舶、航空器、核生化、空难、台风、海啸等特种灾害事故的应急救援[1]。由于消防职能任务的扩展和日益复杂的灾害事故形势，近年来消防救援队伍参与特种灾害事故救援和处置的频率有所增加。特种灾害事故对救援和处置的要求较高，体现为专业性强、技术要求高、装备和救援程序特殊等。

虚拟现实（Virtual Reality）技术，即VR技术，是一项综合了计算机仿真、图形学、图像处理、人机交互、传感与识别等多项技术的总称。通过虚拟现实，可以提供给用户真实自然的体验，包括听觉、视觉、触觉甚至嗅觉上的刺激，并且由虚拟现实创建沉浸感（Immersion）和交互性（Interaction）[2]。

基于VR虚拟现实的特种灾害事故救援处置模拟基础训练，就是把VR技术与特种灾害事故救援处置所需的基础训练结合起来，在对基础训练科目的虚拟真实模拟训练基础上提高受训者认知水平、操作能力、心理素质和考核成绩。这样做能有效针对各种特种灾害事故的特点，利用一系列综合技术实现近乎真实的场景，实现高度仿真的模拟训练。较建设实景模拟训练设施而言，基于VR的模拟训练具有低成本、多场景、全方位的训练体验，能有效提升训练效果。与传统的训练设施相比，虚拟现实设备和配套训练应用的成本更低，同时VR可以将无限的虚拟空间送到受训人员眼前[3]。尤其在基础训练方面，比如对某种灾害事故的认知、判断以及简单操作和应对等基本能力素质的训练，基于VR的特种灾害事故救援处置基础训练可以实现足不出户就能获得与真实场景相当的训练效果。根据特种灾害事故救援处置的需求，可以把基于VR技术的虚拟现实基础训练分为四个模块：认知训练模块、操作训练模块、心理训练模块和考核模块。

二、基于VR的特种灾害事故救援处置模拟基础训练模块及功能

基于VR的特种灾害事故救援处置模拟基础训练模块涵盖数据、应用和用户三个逻辑层面。受训者即用户，通过事先储存的可视化数据进行人机交互，结果由应用软件进行处理。其中数据分为两部分，一部分是应用层面的软件事先制作或写入的数据，比如通过渲染的虚拟真实场景;一部分是人机交互所产生的数据。因此，模拟基础训练系统设计为C/S架构，包含了客户端、数据存储器和数据处理器三个部分。

以下四个模块主要是针对数据层面和应用层面的使用及功能开发。

（一）认知模块及功能

1.属性认知

在受训者进行人机交互时，为受训者提供某种特殊物质的VR图像，或者某种场景和状态，辅助其认识和掌握特定物质和现象。比如呈现一种航空燃油储罐的燃烧状态，让受训者学习它临近爆炸时的烟雾颜色和火光等现象;在装备方面，为受训者提供特种装备的VR图像，帮助其掌握装备的构成、功能等属性。比如我们可以提供一套防辐射服的图像，让受训者学习它的材料、功能和防护等级等基础知识。

2.构造认知

提供由3D制图软件渲染的模拟真实场景的VR图像，让受训者熟悉其内部构造。比如让受训者学习船舶、航空器的内部构造，我们就可以提供其VR的内部结构图像，让其在人机互动中了解掌握逃生通道、撤离路线等关键知识。我们可以把船舶或航空器3D模型图像编程，做成一个VR的邮轮或者客机的构造认知软件模块，然后通过客户端进行人机交互，让受训者身临其境地“体验”该类型船舶或航空器的内部环境，判断紧急情况下的出口通道，以及逃生急救设施的位置等，还可以设置一些类似事故场景的构造让受训者适应其环境的变化。

（二）操作模块及功能

通过添加特种灾害救援处置装备器材的3D图像，结合简单的虚拟场景就可以实现对器材和相应程序的模拟操作：

1.器材操作的模拟

把某种器材如盖格计数器，做成VR图像，让受训者在虚拟真实场景中“测量”某种“放射性物质”的辐射量。再比如模拟洗消或爆炸物探测的器材操作等，让受训者熟悉掌握器材性能和使用方法。

2.程序操作的模拟

模拟救援处置案例，让两人以上的受训者在同一预设情境中演练完整规范的处置程序。比如对伤者进行简单的施救，避免错误程序造成二次伤害。比如模拟一个狭小空间的救援，让受训者熟悉一整套施救的程序。

（三）心理训练模块及功能

模拟真实的特种灾害事故救援处置场景，可以很好地实现心理训练的效果。心理训练模块可分为以下两种：

1.灾害事故场景仿真

制作近乎真实的灾害事故场景，通过VR客户端设备让受训者置身于该场景中，训练其面对灾害事故场景时的心理承受能力和调节能力。比如制作一个“空难”的事故场景或者一个船舶事故的现场，或者模拟一场台风过后的场景、一次海啸过后的场景等。可以在画面中呈现近乎真实的高像素虚拟对象，比如湍流、伤者、残破的建筑等，以造成受训者强烈的视觉冲击和心理反应，从而锻炼应对灾害事故时的心理素质。

2.突发状况模拟

把受训者置身于事先设定的情境中，并设置突发状况，比如突发的坍塌、高空的坠落、突发爆炸等，训练其临危不乱的心理素质。比如模拟一个隧道或桥梁坍塌事故，设置周围不稳定环境，随时有构筑物坍塌和坠落，以及危化品爆炸，加入声音、画面等灾害事故环境因素，锻炼受训者在极端条件下冷静沉着的心理素质，并训练撤离时的安全意识和迅速反应等心理素质。

（四）考核模块及功能

把以上三个模块中的虚拟场景、虚拟装备等数据编成考核程序，在一定的考核标准范围内可以实现三个层面的考核模式：

1.基本判断考核

把认知模块中的VR图像关键知识点进行融合，编入软件的预设情境，考核其对属性、构造等基本认知的判断，可以实时纠正其认知错误，也可以在预设情境进行完成后形成考核成绩。

2.基本操作考核

让受训者在考核系统中“操作”一个或几个装备完成一项或几项任务，复杂程度视考核难度而定。若按规定完成任务，则显示合格，若操作有误，则出现相应的结果，考核不合格，以分不同的情况多场景呈现。

3.协同和程序考核

通过预设多人协同进行救援和处置的场景，由外接显示设备投屏的方式让考官评判受训者在救援和处置中是否做到有效协同、程序规范。考核标准可根据救援技术规范或课程标准制定，考核对象在相应时间完成既定任务即视为考核通过。

三、结语

当下正值消防救援队伍全面发展时期，“全灾种、大应急”的国家综合性应急救援力量格局正在形成。在国家综合性消防救援队伍处置特种灾害事故的能力稳步提升的今天，利用VR虚拟现实技术大幅提升训练效能，为保护人民生命财产安全作出贡献，是一件利国利民的好事。

参考文献：

[1]商靠定，王铁，刘静等.特种火灾扑救及典型案例[M].北京：化学工业出版社，2017.

[2]陈浩磊，邹湘军，陈燕.虚拟现实最新发展技术展望[J].中国科技论文在线，2011，6（01）：1-4.

[3]张越东，祁震，王小文等.展望VR技术在一线战伤自救互救训练中的应用[J].电脑知识与技术，2017，13（35）：231-232.

作者简介：

郭茂坤（1988—），男，汉族，云南陆良人，毕业于西北政法大学法学理论专业，硕士研究生，就职于应急管理部消防救援局昆明训练总队，中级专业技术职务，研究方向：特种灾害救援与处置。