虚拟现实技术在消防模拟训练中的应用研究初探.docx

虚拟现实技术在消防模拟训练中的应用研究初探【摘要】综述了虚拟现实技术的定义、重要特征和典型虚拟现实技术系统的组成；阐述了国内外对虚拟现实技术的研究现状以及消防模拟训练中存在的问题；最后结合自身经验探讨了基于虚拟现实技术在消防灭火救援模拟训练的应用。【关键词】虚拟现实技术；消防模拟训练；应用1.前言虚拟现实技术（VirtualReality）简称VR技术是20世纪末逐渐兴起的一门综合性信息技术融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体、传感器、网络以及并行处理等多个信息技术分支的最新发展成果[1]。它能利用计算机生成一种模拟环境并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。目前虚拟现实技术已经广泛应用于教育与训练、设计与规划、科学计算可视化、商业领域、艺术与娱乐等方面。尤其对于模拟训练方面它能使学习者能直接、自然地与虚拟对象进行交互以各种形式参与事件的发展变化过程并获得最大的控制和操作整个环境的自由度。2.虚拟现实技术的特征和系统组成2.1虚拟现实的重要特征虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境并通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。其关键技术包括有：动态环境建模技术、立体显示和传感器技术、系统开发工具应用技术、实时三维图形生成技术、系统集成技术。它具有以下的重要特征：（1）沉浸感指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中该环境中的一切看上去是真的听上去是真的动起来是真的甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真的如同在现实世界中的感觉一样。（2）交互性指用户与虚拟环境的对象发生互动、相互作用并且虚拟对象能作出相应的反应的效果。（3）构想性是指通过用户沉浸在“真实的”虚拟环境中与虚拟环境进行了各种交互作用从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识[2]。虚拟现实技术不只是用户与虚拟对象的接触而且可以让用户沉浸于虚拟技术创造的环境并汲取更多的知识从而有利于创造性思维的产生和发挥更大的潜能。（4）多感知性指的是虚拟现实模拟环境创造的虚拟环境并对用户产生视觉、听觉、感觉上的冲击。同时给用户一种身临其境的感觉。2.2典型虚拟现实模拟技术系统的组成模块典型的虚拟现实模拟技术系统主要由计算机软、硬件系统（包括VR软件和VR环境数据库）和VR输入、输出设备等组成如下图1所示。3.虚拟现实技术研究现状以及消防模拟训练中存在的问题3.1研究现状美国是虚拟现实技术的发源地[3]有美国宇航局（NASA）、麻省理工学院（MIT）媒体实验室、华盛顿大学人机界面技术实验室（HITLab）等许多知名的研究机构其在虚拟现实领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。从20世纪80年代起我国开始研究虚拟现实模拟技术。虽然起步较晚但近年来政府有关部门非常重视制定了开展VR技术的研究计划而且国家重点科研计划都把虚拟现实技术列入了重点研究项目例如国家自然科学基金、国家重点科学研究发展计划等而且国内的一些科学家和重点院校也已积极投入了对这一领域的研究。例如最早开展虚拟现实工程技术研究的西北工业大学电子工程系积极开发虚拟现实和虚拟仿真等方面的研究并取得了良好的科研成果。同时促进了其他院校和研究所VR技术研究的发展。北京航空航天大学在2000年8月成立了虚拟现实新技术教育部重点实验室。3.2消防模拟训练存在的问题3.2.1消防队员心理素质在火灾救援时消防救援人员缺乏自信比较紧张；例如消防泵启动时略显紧张消防工具不配套地下消防栓扳子长度太短等。3.2.2消防专业素质在实际操作中消防救援人员的操作经验的不足；例如水龙带未完全展开就将消防栓蝶阀完全打开使得水流高速冲击未展开的水龙带可能发生水龙带剧烈摆动或因为水流太大造成后坐力过大使人员把持不住水枪而发生水枪伤人事故。或水枪的喷射点只集中在一个位点没有达到整个油罐降温和将相邻油罐降温的目的人员的站位也没有选择在上风口在实际发生火灾的情况下很有可能对人身造成伤害。3.2.3指挥决策素质在目前的火灾救援系统主要采用的是二维平面系统并且该系统的可辨别性和可视性较差。因此针对立体空间的特性训练中的指挥员难以制定相应的应对方案。4.虚拟现实技术在消防模拟训练的应用及意义20世纪90年代末我国提出了将虚拟现实技术应用于消防模拟训练的构想并在火灾的可视化、系