虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于消防模擬訓(xùn)練的設(shè)想

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于消防模擬訓(xùn)練的設(shè)想隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，災(zāi)害發(fā)生的形勢日趨多樣化、復(fù)雜化，而對(duì)相應(yīng)災(zāi)害的救援難度也逐漸增大，如不能及時(shí)控制災(zāi)害進(jìn)一步惡化或是無法及時(shí)救出被困人員或是重要物資，極易造成大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。日漸增大的災(zāi)害危險(xiǎn)性和救援難度對(duì)消防指戰(zhàn)員滅火救援能力的要求也越來越高，從現(xiàn)代災(zāi)害和滅火救援的發(fā)展趨勢來看，減小災(zāi)難危害、提高消防指戰(zhàn)員滅火救援能力的最有效方式就是加強(qiáng)消防部隊(duì)的專業(yè)化訓(xùn)練，采取基地化模擬訓(xùn)練是大勢所趨，利于提高滅火救援訓(xùn)練的針對(duì)性和有效性。近些年，消防部隊(duì)利用多種手段通過新建的消防綜合訓(xùn)練設(shè)施，對(duì)火災(zāi)撲救和搶險(xiǎn)救援開展模擬訓(xùn)練，并利用煙熱訓(xùn)練系統(tǒng)等全面提

2、升訓(xùn)練環(huán)境的針對(duì)性，訓(xùn)練參訓(xùn)人員的災(zāi)害適應(yīng)性，提高消防部隊(duì)滅火救援的訓(xùn)練水平?；趯?shí)戰(zhàn)模擬的訓(xùn)練對(duì)提高消防部隊(duì)的戰(zhàn)訓(xùn)水平發(fā)揮著極其重要的作用，消防訓(xùn)練改革的方向也必將向以模擬實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練為主的方向發(fā)展。但是，基地化實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練存在諸多局限，一是需要消耗大量的人力和物力，需要大型場地保障，訓(xùn)練準(zhǔn)備周期長；二是復(fù)雜建筑空間的多樣性和燃燒場景的真實(shí)性難以實(shí)現(xiàn)，實(shí)際訓(xùn)練過程中費(fèi)用昂貴難以多次重復(fù)訓(xùn)練，逼真危險(xiǎn)場景中訓(xùn)練或操作存在的危險(xiǎn)性控制問題都難以解決。三是許多模擬訓(xùn)練設(shè)施和設(shè)備極易在訓(xùn)練中損耗，大力加強(qiáng)基地化實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練必定要加大模擬設(shè)施的使用頻次，設(shè)施設(shè)備的后期維護(hù)成本高、難度大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算

3、機(jī)模擬技術(shù)以其耗材少、可重復(fù)、無危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。目前，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真模擬訓(xùn)練模式作為模擬真實(shí)世界并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的新手段和新方式，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)相比，模擬場景更加逼真，參與性更強(qiáng)，在軍事、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，為消防訓(xùn)練提供了一種嶄新的思路。筆者將結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)想具有可行性的消防模擬訓(xùn)練方式方法。一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality，VR)技術(shù)，又稱“靈鏡技術(shù)”，是綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，通過語言、手勢等自然

4、的方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建一種適人化的多維信息空間。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建、體驗(yàn)和參與虛擬世界的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，具有以下三個(gè)重要特征：沉浸感、交互性、想象性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感與測量技術(shù)、數(shù)字圖像處理與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、多媒體技術(shù)、顯示技術(shù)及仿真技術(shù)等多領(lǐng)域的最新研究成果融為一體，創(chuàng)建出一個(gè)虛擬世界，使參與者“沉浸”于虛擬環(huán)境中，身臨其境地體驗(yàn)視、聽、觸等三維環(huán)境，并通過專門的交互裝置，使用戶對(duì)虛擬世界進(jìn)行操作，參與并影響虛擬場景中的事件。二、虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)優(yōu)勢虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用數(shù)字頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、頭部跟蹤、動(dòng)作捕捉等先進(jìn)技術(shù)，把人的動(dòng)作實(shí)時(shí)反映在仿真環(huán)

5、境中，極大的提高了人機(jī)交互水平，讓操作人員不由自主的沉浸入虛擬環(huán)境中去，并能夠改變虛擬環(huán)境，而這些場景可以是任何現(xiàn)實(shí)中真實(shí)存在的，這為我們進(jìn)行模擬訓(xùn)練提供了巨大的可操作空間。以往我們總是想極力還原真實(shí)的滅火救援環(huán)境，可許多時(shí)候都不盡人意，其存在的困難基本可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：1. 基本可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)再現(xiàn)，但因仿真技術(shù)難度較高，再次模擬花費(fèi)的人力、物力較多。現(xiàn)如今各方面技術(shù)發(fā)展迅猛，模擬現(xiàn)實(shí)中真實(shí)場景已不是不可以實(shí)現(xiàn)的了，但是往往實(shí)現(xiàn)難度較大，有的模擬甚至是一次性的，直接造成了模擬訓(xùn)練成本過高、準(zhǔn)備時(shí)間超長。2. 可以部分實(shí)現(xiàn)真實(shí)再現(xiàn)，但模擬程度較低，與現(xiàn)實(shí)存在較大差距。消防部隊(duì)滅火救援過程中直接面

6、對(duì)的就是火焰和煙霧，目前的模擬手段僅僅限于定點(diǎn)設(shè)置可控式點(diǎn)火裝置或是發(fā)煙裝置，為了安全性等因素的考慮，這類模擬技術(shù)往往范圍較小，火焰和煙霧都是固定的，只需站在安全范圍內(nèi)，這些模擬裝置和看電影無異，且無法真實(shí)再現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境，只能部分增強(qiáng)受訓(xùn)人員對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，而無法給予其直觀經(jīng)驗(yàn)的培養(yǎng)。3. 受限于技術(shù)水平，無法在現(xiàn)實(shí)中模擬或模擬后可控性較差。有的人認(rèn)為，要是覺得不夠真實(shí)，那就真放一把火，這樣總是真實(shí)的了。但是模擬并不是一味追逐實(shí)戰(zhàn)，重要的在于可控，模擬的目的就是在實(shí)戰(zhàn)之前盡量給予受訓(xùn)人員相對(duì)真實(shí)的環(huán)境，借此間接增加受訓(xùn)人員的經(jīng)驗(yàn)。以完全比照實(shí)戰(zhàn)的環(huán)境訓(xùn)練，很容易造成受訓(xùn)人員大量受傷甚至死亡，軍

7、隊(duì)實(shí)戰(zhàn)演練用的空包彈還有許多人因此受傷，更不用說不受控制的火災(zāi)，這就好比拉壯丁上戰(zhàn)場一樣，拉去的都是送死，這與訓(xùn)練的初衷背道而馳，是不科學(xué)的。以上這些問題總是不斷困擾著技術(shù)人員和使用者，大家都想要一個(gè)既能真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)又能及時(shí)“倒帶”的技術(shù)，而這些問題在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)面前都能迎刃而解。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)說到底其仿真模擬都是在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)的，就好比大家在玩游戲一樣，你無論在游戲里是受傷還是死亡，這對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界里的你都毫無影響，你只需在下一次訓(xùn)練時(shí)改進(jìn)技術(shù)、變換策略就能避免上一次情況的發(fā)生，所有的訓(xùn)練過程都是可逆的，而且這一切仿真模擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)難度較真實(shí)世界里要簡單許多，畫一張圖和造一個(gè)實(shí)物孰難孰易大家都很

8、清楚。同時(shí)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不斷推廣，人機(jī)交互水平不斷提高，相關(guān)仿真技術(shù)不斷進(jìn)步，可以想象今后對(duì)于一個(gè)實(shí)物的仿真可能極為簡單，你只需用儀器掃描一下，就能在虛擬世界里看到任何現(xiàn)實(shí)中存在的事物，甚至現(xiàn)實(shí)中不存在的事物，也能通過構(gòu)圖在虛擬世界中展現(xiàn)，這是現(xiàn)實(shí)模擬永遠(yuǎn)無法企及的，而這又恰恰是模擬訓(xùn)練最需要的。三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于消防模擬訓(xùn)練針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征和優(yōu)勢，結(jié)合消防部隊(duì)日常訓(xùn)練內(nèi)容，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練分為三個(gè)部分：1. 單兵器材裝備模擬訓(xùn)練。通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)將日常使用的器材裝備設(shè)置于虛擬場景中，通過示范演示教授參訓(xùn)人員器材裝備使用方法，并能結(jié)合器材用途及時(shí)設(shè)置器材使用場景，實(shí)地使用

9、器材裝備，改進(jìn)以往只知簡單使用方法，實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用不足的缺陷。同時(shí)，可以通過細(xì)致構(gòu)建器材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而學(xué)習(xí)掌握器材裝備內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，這是在現(xiàn)實(shí)中不破壞器材根本無法做到的。參訓(xùn)人員可以實(shí)現(xiàn)器材的拆解和拼裝，并能觀察器材運(yùn)行過程中的工作方式，直觀的學(xué)習(xí)器材裝備的維護(hù)保養(yǎng)和工作原理。由于虛擬器材基本可以借助現(xiàn)實(shí)中存在的任何器材進(jìn)行模擬，所以理論上可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)掌握大量器材裝備的使用和維護(hù)，大大提高了參訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。以此類推，還可以把此項(xiàng)功能應(yīng)用于器材裝備的選型定型，測試人員能在模擬設(shè)備中使用新式裝備，并發(fā)現(xiàn)問題缺陷，提出改進(jìn)意見，關(guān)鍵在于這些環(huán)節(jié)設(shè)備商不用生產(chǎn)任何器材，只需設(shè)計(jì)出器

10、材的3D結(jié)構(gòu)圖即可，極大降低了生產(chǎn)成本，縮短了設(shè)計(jì)周期，還能真正做到讓第一線的使用人員參與到器材裝備的設(shè)計(jì)選型過程中，極大增強(qiáng)了器材裝備的實(shí)用性。2. 單兵技能模擬訓(xùn)練。結(jié)合各類戰(zhàn)斗編成、作戰(zhàn)單元、功能分組和崗位分工的特點(diǎn)和組成，制定符合實(shí)戰(zhàn)要求的相關(guān)訓(xùn)練科目，在仿真場景中將現(xiàn)實(shí)滅火救援過程中某個(gè)環(huán)節(jié)單獨(dú)剝離出來，再更換不同的場景和環(huán)境變量，讓訓(xùn)練不再脫離實(shí)戰(zhàn)，讓受訓(xùn)者有一種“我在訓(xùn)練中見過類似情況”的感覺，增強(qiáng)了受訓(xùn)人員的環(huán)境適應(yīng)能力和臨機(jī)處置能力，更好的適應(yīng)瞬息萬變的火場或是搶險(xiǎn)救援現(xiàn)場環(huán)境，保證自身任務(wù)的順利完成。同時(shí)，這也避免了重復(fù)訓(xùn)練使受訓(xùn)人員產(chǎn)生“練不為所用”的感覺，每次的任務(wù)雖然

11、相同，任務(wù)內(nèi)容可能不是很困難，但是環(huán)境、器材等因素總在變化，不僅增強(qiáng)了訓(xùn)練的新鮮感，還提高了人裝結(jié)合程度，真正做到了“練為用、練為戰(zhàn)”，切實(shí)提高單兵作戰(zhàn)能力和戰(zhàn)斗素養(yǎng)。3. 團(tuán)體集成實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。單兵能力再強(qiáng)也要融入集體互相配合才能保證整個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)的圓滿完成，充分利用分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過模擬一起災(zāi)害事故，結(jié)合前期單兵操作和技能訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)班組或是單個(gè)中隊(duì)自成體系，各崗位人員各司其職互相配合，齊心協(xié)力完成災(zāi)害處置任務(wù)，既增強(qiáng)了中隊(duì)實(shí)戰(zhàn)能力，也能鍛煉指揮員的決策指揮能力和臨場處置能力，同時(shí)，還在“實(shí)戰(zhàn)”中檢驗(yàn)了全員單兵素質(zhì)，做到“像實(shí)戰(zhàn)一樣訓(xùn)練，像訓(xùn)練一樣實(shí)戰(zhàn)”。同理，也可以借助此技術(shù)進(jìn)行跨區(qū)域調(diào)度

12、演練，檢驗(yàn)多個(gè)中隊(duì)、多個(gè)支隊(duì)甚至多個(gè)總隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)能力，切實(shí)增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和協(xié)同能力。還可以檢驗(yàn)各類預(yù)案的實(shí)戰(zhàn)效果，借助過程實(shí)時(shí)錄像等功能，可以真實(shí)再現(xiàn)每一位參訓(xùn)人員全過程的實(shí)時(shí)操作，有針對(duì)性的點(diǎn)評(píng)講解訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)的過錯(cuò)、失誤或是改進(jìn)，參訓(xùn)人員也能在訓(xùn)練之后及時(shí)掌握自身和總體情況，及時(shí)做出調(diào)整。這改進(jìn)了以往只聽教練員說的情況，所有人員都可以參與進(jìn)來，提出改進(jìn)性的意見或建議，這也更有利于團(tuán)隊(duì)配合和自我提升。四、其他應(yīng)用展望以上僅針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于消防模擬訓(xùn)練的幾點(diǎn)設(shè)想，按照目前虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展的情況來看，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)不僅僅只是一項(xiàng)技術(shù)，而是能夠形成一種生態(tài)系統(tǒng)，其應(yīng)用可以是多元化和不確定性的，任

13、何人在任何時(shí)間只有擁有技術(shù)，即可推出自己設(shè)計(jì)的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和消防工作的結(jié)合還有許多奇妙的反應(yīng)，例如：利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)相關(guān)單位進(jìn)行“六熟悉”，美國等發(fā)達(dá)國家已有此先例，結(jié)果表明這種方法較傳統(tǒng)的藍(lán)圖熟悉有很大改進(jìn)，參與者能較直觀的感受到熟悉場所的各種特征，而不僅僅是靠想象來理解。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行載具操作培訓(xùn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最先的實(shí)際應(yīng)用就是用于美軍“F-16”戰(zhàn)斗機(jī)的駕駛訓(xùn)練，受訓(xùn)飛行員在模擬設(shè)施中駕駛仿真戰(zhàn)斗機(jī)，進(jìn)行起飛、降落、盤旋、俯沖等基本動(dòng)作的學(xué)習(xí)，以及攻擊、追擊、躲避、編組等一系列戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作，通過模擬設(shè)備中存儲(chǔ)的海量實(shí)戰(zhàn)地圖，短時(shí)間內(nèi)掌握了各種條件下的作戰(zhàn)技術(shù)。據(jù)調(diào)查，從未參加過

14、實(shí)戰(zhàn)的飛行員在首次執(zhí)行任務(wù)時(shí)的生存概率只有60%，而經(jīng)過模擬對(duì)抗訓(xùn)練后，此概率可以提高到90%。而伊拉克戰(zhàn)爭前期，美軍也利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展訓(xùn)練，基本把伊拉克全境都訓(xùn)練了一遍，參戰(zhàn)官兵都反映實(shí)戰(zhàn)中的場景在之前的訓(xùn)練中基本都見過，感覺就像打游戲一樣，輕車熟路就能完成任務(wù)?，F(xiàn)在消防部隊(duì)不斷加強(qiáng)器材裝備發(fā)展力度，但是隨之而來的隱患也日漸明顯，裝備更新?lián)Q代太快，而且新式裝備往往價(jià)格昂貴，許多單位基本很少開展針對(duì)新式裝備的應(yīng)用和訓(xùn)練，無非也是害怕操作不熟悉的情況下無意損壞裝備，但是裝備永遠(yuǎn)要應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)才能發(fā)揮效能，而訓(xùn)練中的損耗甚至破壞難以避免，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以輕松破解這一矛盾，將新式器材裝備的仿真程序設(shè)置進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)，就可以在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行裝備的學(xué)習(xí)和相應(yīng)戰(zhàn)法戰(zhàn)術(shù)研究，期間對(duì)裝備的“損耗”都是可逆的，相信這會(huì)極大增加基層學(xué)裝用裝的熱情和積極性。目前，我國消防部隊(duì)不僅擔(dān)當(dāng)滅火救援任務(wù)，還承擔(dān)了許多諸如社會(huì)救助、安全保衛(wèi)等任務(wù)，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)我們還可以