虚拟场景生成系统在灭火救援训练中的实施对策

赵龙

摘要：虚拟场景技术可以很好的模拟出现场火灾情况，帮助消防救援队伍提升日常演变的目的性以及科学性，进而提高消防部门的灭火效率，使得人民群众的生命财产安全在火灾的危害之下得到更高的保障，这对全面提升消防力量同样具有重要意义。文章以虚拟场景市场系统在灭火救援训练中的应用展开讨论，以期对我国消防事业建设与发展有所借鉴与帮助。

关键词：虚拟场景;消防系统;灭火救援

相对于其他行业来说，消防部门的灭火救援工作的危险性以及复杂性都比较高，特别是对于一些广泛存在的高层建筑以及石油化工等行业进行救援活动时，充斥着各种各样不可控的安全隐患，对于这些安全隐患如若处理不当不仅影响救援质量，还可能给消防人员的人身安全带来一定隐患[1]。对此，消防部门必要的演练工作无疑可以大大提升消防队伍的整体专业性素养，提高其临时应变能力，进而为消防人员在火场中工作时提供一定的安全保障，有效提高灭火工作的效率，进而为人民群众的生命财产安全带来一定的保障。为此，虚拟场景生成系统可以很好的模拟火灾发生时的场景，帮助消防队伍更能切身体会火灾现场，对显著提升灭火救援质量有着积极的作用[2]。

1  虚拟场景生成系统概述

即VFSE1.0技术，是当前消防部门主要用来建立火灾场景以及抢险救援模拟练习的重要训练工具[3]。基于该软件应用，使用者可以创建各种火灾发生的场景，包括机场、高层建筑、地铁站以及飞机等各场所出现的爆炸、燃烧以及有毒有害物质泄漏等情况的火灾场景[4]。此外，消防部门借助该技术还可以针对各种各样的事故出现的动态过程进行有效模拟，而这些模拟训练对提升灭火救援训练质量，提高人员现场处变能力有着重要意义。消防部门开展的各种场景下的火灾事故进行有效演练与模拟，提供更为逼真的场景体验，进而加强消防队伍的专业素养建设[5]。

2  系统功能及其特点

以下内容我们对该系统的功能及其特点进行了详细分析，基于该系统所提供的图像渲染以及合成技术形式，消防部门在进行模拟训练的过程中可以将整个灭火救援现场划分成多个不同时间节点的动态式变动的帧情景，使得各个情景内都涵盖了单个以及多个的层次化前景要素。消防部门作为使用者在使用的过程中要综合实际诉求，围绕辖区重点单位各方面的数字图像作为背景元素，进而叠加出具有动态形式的火、烟以及有害物质泄漏、音效等火灾发生时具有的要素，并对各个组成要素进行整合与修改，随即得到一幅幅动态式的火灾场景变化图。各个场景依据不同的流程设定以及时间等进行播放，随即得到极具真实性以及形象的虚拟火灾与有毒有害物质泄漏场景。

相对于传统的训练技术形式，虚拟场景生成系统的训练方式在多个方面具有一定的应用潜力。首先，整个系统有着较为良好的灵活性以及扩展性，不仅可以用来进行电子预案的设计，也可以对灭火救援场景进行再现与分析，更为关键的是可以同通信指挥系统等形成契合，建立起带有可拓展性以及开放性的指挥、训练一体式的灭火救援模拟，在模拟训练的过程中可以将一些可能发生在现实中的情况一一展现出来，然后将这些可能会出现的情况全部展现出来进行演习训练，进而使得训练变得更加开放化，能够处理和应对更多突发情况;其次，整个系统都有着较为良好的交互性，能够很好地完成场景和元素等非线性设计与动态效果的交互呈现，使用户能够开展非线性形式的现场管控;最后，该系统还具有着开放性优势，就用户层面（即消防部门）而言，作为典型的工具应用使用者，可以在使用的过程中自行制定各种形式的灭火救援虚拟场景训练，根据不同的模拟场景进行相应的训练，自系统设计层面出发，需要设计者们能够建立起系统的各个背景的动态式升级模拟，并对该系统性能的配置也可以完全交由用户们来决定。除此之外，与其它技术形式对比，该系统更具灵活性、场景更为简便、成本更低以及效率更高等多方面优势。

3  虚拟场景生成系统基本组成

以下内容主要对虚拟场景的生成系统的基本组成作主要介绍，以计算机为基础建立的灭火救援训练系统主要包含消防项目、训练科目、软件设计、硬件配置等多个层面的系统性工程。如下图1所示即为整个系统的基本架构：

就應用软件层面而言，整个计算机系统的生成大致包含以下几方面问题，首先是火灾现场的场景渲染问题，其次是音效的呈现、数据信息的处理问题。整个灭火救援计算机系统多为常规的仿真技术形式。对人体而言，该系统中的数据来源主要以视觉为主，少部分取决于听觉系统，故而该场景呈现的子模块为整个系统的主要构成，并且该系统中的数据还肩负着承前启后的衔接意义。整个场景呈现的逼真情况关系到训练期间相关人员的判断能力以及决策水平，这就使得整个虚拟场景会对整个训练有着极其重要的意义。

我们将该灭火救援现场的模拟情况大致分为两个层面：其一，即将模拟情况用图形的方式展示出来，图像将会综合各个规格以及素材等基于3D建模技术进而得到逼真的三维模型，随即利用有关的渲染工具对场景进行渲染操作。运用该方式建立的现场情景可以从多角度进行模拟，使其具有自主性与灵活性，但在实际工作过程中涉及的工作量较高，软硬件等方面也有着一定的诉求，这就使得过低的软硬件无法达到目标需求，并且整个场景的逼真效果也将会对相关人员的专业水平提出一定的考验。其二，围绕图像的方式，在采用真实的图像以及视频等的前提下，基于原本图像合成的方式，在此基础上增加有关特效，进而模拟出火灾出现情况下的各种表现，用于消防部门的仿真训练。因为该方式涉及的素材库往往较高，整个场景也极易得到，这也就使得整个场景的逼真度更好，故而在训练中应用的较为普遍。

4  虚拟场景的生成系统建构策略

整个灾害虚拟场景的创建以及动态式的调整处理为灭火救援模拟系统的核心组成部分。基于图像的方式搭建灭火救援训练系统，于具体的场景内扩展四个窗口界面，然后从各个角度以及侧面等显示出同一个时间点以及时间段中存在的火灾灾害演变情况，进而有效规避各种灵敏性不达标的情况，进而对各个窗口增加多个背景要素以及其它前景要素。而前者在此过程中主要以各种静态形式的图片存在，主要用来反映具体的场景以及各种环境情况，但部分情况也可以基于动态式的形式存在。而后者则主要包含静态部分以及动态部分两个方面，其中静态为图片以及图标等数据，而动态则为烟雾成分、爆炸成分以及有毒有害的泄漏物成分为主。

4.1  场景要素的建立

上述各个元素中，图像以及视频等背景资料主要来源于用户的照相拍摄设备等，声音要素可以为系统自带的部分电信灾害现场常见的声音，包含火焰燃烧声音、消防车声音等，使用者能够直接选择应用，也可以通过声音编辑应用等得到自定义的各方面声音，但各个品类的声音均应为系统所支持的声音形式。包括文字以及遮挡等要素均为制作场景及时创建的元素，无需提前准备。图标以及图片等要素，系统也只是提供有关常见的要素，对于用户而言，可以使用各种专业的图片工具等进行处理得到。

动态要素无疑是整个灾害现场所常见的组成部分，不管什么样的火灾现场，对烟雾、火，以及灭火时的水等动态组成部分的模拟都是极其重要的，其中最为典型就是烟火、水等动态的火灾组成要素，并且此类要素需要综合有关规范展开定制，这样才能有效的体现出模拟火灾场景的科学性与合理性，从而更加有利于消防部门进行相关的演练或训练。此次基于自定义方式，明确内部数据存储要求达成动态特效。此类要素的建设期间，第一步需要在专业的3D软件中进行特效剪辑与制作，得到初步的动态表现效果，随后从中截取时间相对稳定的一些段落，最终得到一系列的动画文件样式，尤其需要注意文件格式务必保持一致，方能够为系统使用。

4.2  场景组合

对于场景的组合需要将格式正确的VFA文件等预先准备好，随后将其和背景图片以及视频等组合起来从而得到更为逼真的火灾模拟画面。因为烟火等动态要素本身所具有一定的透明性，它们本身的透明度需要根据自身所具有的浓度来确定，或者是根据观察者与它们之间的距离来确定，往往越临近中心越不透明，越靠近主边则透明度也就更高，不管是烟雾还是火焰，它们中心与外围的透明度都是不一样的，即各个像素所占用的通道是不一样的，对于这些要求，需要设计者务必综合各种实际情况来开展设计，不然会出现背景图像的边缘区域有可能存在明显拼接的迹象。某个动态式的特效场景往往为多个画面不断播放的结果，务必需要对各通道进行比较合理的设置。

4.3  过渡处理

对于3D应用软件而言，在制作烟火等特效期间，因为此类插件为典型的粒子系统方式仿真动态特效，为保证效果更为可靠有效，粒子运动效果往往增加了大量的随机性要素，因为此类动画序列难以严格的达成循环功效。这也使得动态特效和背景图片的组合播放期间会出现一些跳跃式的突变，而这些突变严重的可能对最终的动画效果带来一定的影响，使得画面在衔接过程中出现瑕疵，看上去并不是那么流畅。通过动态式的逐帧透明度因子方式可以规避此类问题，也可以将这种方式看作一种过渡，一种画面与画面不断切换的过渡过程，能够促使前后两个循环彼此形成重叠区，于前一循环开始线性淡出时后一循环实施线性淡入，使其前者与后者在一定基础上有所相连，而不是直接的退出或又直接的出现，由此较好的规避了跳跃情况的出现，使其达到无缝衔接的功效，这就是我们常说的过渡，只有这样，才能更好的体现出动画所展示出的效果，最终过程如下图2动画过渡处理机制示意图。

5  虚拟场景生成系统应用研究

该系统相对于之前的语言描绘假定场景的方式对比在多个方面具有更为明显的特性，第一，应用内融入了大量的声音、光线以及烟雾等动态元素成分，能够从多角度直观地反馈预想火灾场地的气候变化、环境变化、风向变化以及火势变化等多方面重要因素;第二，围绕灭火救援的目标为核心创作，能够使得救援对象可以在整个灭火救援的前期、中期以及后期等各个过程潜在的不安全要素等进行有效识别与研究，或根据火场存在的不确定因素进行分析将会出现的情况以及会给救援任务带来的困难，消防部门在进行救援工作的过程中，基于应用操作实现模拟情况下的灭火、救援以及供给各项任务诉求，合理设置战斗力并高度统筹调度指挥，以达到最为理想的作战策略。

6  结语

现代城市建设规模越来越大，高层建筑、多功能建筑以及工业厂房的大量出现无疑对现代消防救援提出了更高的诉求。消防模拟演练可以帮助消防队员更好地模拟各种火灾事故的发生表现，并支持各种消防训练工作的开展。虚拟场景生成系统是其中典型代表之一，利用该技术可以动态呈现出火灾发生的前期、中期以及后期等过程及各个过程的特点，能够较为逼真的模拟出真实火灾发生中可能出现的一系列事件，而这对于灭火救援等工作无疑有着重要意义。正是借助一系列的科技技术的支持，消防力量才能够得到不断的提升，可以更好地保障消防员在灭火救援过程中保护自我，成功完成救援任务。因此，相關单位应重视对该虚拟场景生成系统的合理应用，不断扩展训练的素材与方式，全面提升消防队伍整体素养，为城市和谐稳定发展保驾护航。

参考文献：

[1]靳学胜.数字图像合成技术在灭火救援模拟训练中的应用[J].计算机应用，2009，29（S2）：305-307.

[2]袁狄平，靳学胜，张晓丽，等.沉浸式灭火救援计算机模拟训练平台的开发[J].消防科学与技术，2012（02）：162-165.

[3]毛勇忠，張继新，黄玮.三维仿真及虚拟现实技术在消防训练中的应用[J].中国管理信息化，2019，22（03）：149-152.

[4]李栗.利用虚拟现实技术开展灭火救援训练初探[J].消防科学与技术，2005（S1）：83-84.

[5]朱武，张庆利.基于三维虚拟仿真情景推演电子沙盘设计[J].消防科学与技术，2019，38（12）：1738-1741.

The implementation of virtual scene

generation system in firefighting and rescue training

Zhao Long

（Huairou District fire and rescue brigade Beijing，Beijing 101400）

Abstract：Virtual scene technology can simulate the fire scene， help the fire rescue teams to enhance the purpose of daily exercises as well as scientific， and then improve the firefighting efficiency of the fire department， so that the people's lives and property safety under the danger of fire to get higher protection， which is also important for the overall improvement of firefighting force. The article discusses the application of virtual scene market system in firefighting and rescue training， in order to draw reference from and help the construction and development of fire fighting in China.

Keywords：virtual scene; fire prevention system; fir fighting and rescue