对虚拟现实技术应用于消防模拟训练的设想

随着社会经济的高速发展，灾害发生的形势日趋多样化、复杂化，而对相应灾害的救援难度也逐渐增大，如不能及时控制灾害进一步恶化或是无法及时救出被困人员或是重要物资，极易造成大量人员伤亡和财产损失。日渐增大的灾害危险性和救援难度对消防指战员灭火救援能力的要求也越来越高，从现代灾害和灭火救援的发展趋势来看，减小灾难危害、提高消防指战员灭火救援能力的最有效方式就是加强消防部队的专业化训练，采取基地化模拟训练是大势所趋，利于提高灭火救援训练的针对性和有效性。近些年，消防部队利用多种手段通过新建的消防综合训练设施，对火灾扑救和抢险救援开展模拟训练，并利用烟热训练系统等全面提升训练环境的针对性，训练参训人员的灾害适应性，提高消防部队灭火救援的训练水平。基于实战模拟的训练对提高消防部队的战训水平发挥着极其重要的作用，消防训练改革的方向也必将向以模拟实战训练为主的方向发展。但是，基地化实战训练存在诸多局限，一是需要消耗大量的人力和物力，需要大型场地保障，训练准备周期长；二是复杂建筑空间的多样性和燃烧场景的真实性难以实现，实际训练过程中费用昂贵难以多次重复训练，逼真危险场景中训练或操作存在的危险性控制问题都难以解决。三是许多模拟训练设施和设备极易在训练中损耗，大力加强基地化实战训练必定要加大模拟设施的使用频次，设施设备的后期维护成本高、难度大。

随着计算机技术的发展，计算机模拟技术以其耗材少、可重复、无危险等优点得到广泛应用。目前，基于虚拟现实技术的仿真模拟训练模式作为模拟真实世界并实现人机交互的新手段和新方式，与传统计算机模拟技术相比，模拟场景更加逼真，参与性更强，在军事、工业等多个领域得到广泛关注，为消防训练提供了一种崭新的思路。笔者将结合虚拟现实技术的特点，设想具有可行性的消防模拟训练方式方法。

一、虚拟现实技术虚拟现实( Virtual Reality，VR) 技术，又称“灵镜技术”，是综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络等技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟环境中，通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建一种适人化的多维信息空间。

虚拟现实技术作为一种可以实现创建、体验和参与虚拟世界的计算机模拟技术，具有以下三个重要特征：沉浸感、交互性、想象性。虚拟现实技术将先进的计算机技术、传感与测量技术、数字图像处理与计算机图形学、人工智能、多媒体技术、显示技术及仿真技术等多领域的最新研究成果融为一体，创建出一个虚拟世界，使参与者“沉浸”于虚拟环境中，身临其境地体验视、听、触等三维环境，并通过专门的交互装置，使用户对虚拟世界进行操作，参与并影响虚拟场景中的事件。

二、虚拟现实的技术优势虚拟现实技术利用数字头盔显示器、数据手套、头部跟踪、动作捕捉等先进技术，把人的动作实时反映在仿真环境中，极大的提高了人机交互水平，让操作人员不由自主的沉浸入虚拟环境中去，并能够改变虚拟环境，而这些场景可以是任何现实中真实存在的，这为我们进行模拟训练提供了巨大的可操作空间。以往我们总是想极力还原真实的灭火救援环境，可许多时候都不尽人意，其存在的困难基本可以总结为以下几点：

1.基本可以实现真实再现，但因仿真技术难度较高，再次模拟花费的人力、物力较多。现如今各方面技术发展迅猛，模拟现实中真实场景已不是不可以实现的了，但是往往实现难度较大，有的模拟甚至是一次性的，直接造成了模拟训练成本过高、准备时间超长。

2.可以部分实现真实再现，但模拟程度较低，与现实存在较大差距。消防部队灭火救援过程中直接面对的就是火焰和烟雾，目前的模拟手段仅仅限于定点设置可控式点火装置或是发烟装置，为了安全性等因素的考虑，这类模拟技术往往范围较小，火焰和烟雾都是固定的，只需站在安全范围内，这些模拟装置和看电影无异，且无法真实再现现场环境，只能部分增强受训人员对环境的适应能力，而无法给予其直观经验的培养。

3.受限于技术水平，无法在现实中模拟或模拟后可控性较差。有的人认为，要是觉得不够真实，那就真放一把火，这样总是真实的了。但是模拟并不是一味追逐实战，重要的在于可控，模拟的目的就是在实战之前尽量给予受训人员相对真实的环境，借此间接增加受训人员的经验。以完全比照实战的环境训练，很容易造成受训人员大量受伤甚至死亡，军队实战演练用的空包弹还有许多人因此受伤，更不用说不受控制的火灾，这就好比拉壮丁上战场一样，拉去的都是送死，这与训练的初衷背道而驰，是不科学的。

以上这些问题总是不断困扰着技术人员和使用者，大家都想要一个既能真实反映现实又能及时“倒带”的技术，而这些问题在虚拟现实技术面前都能迎刃而解。虚拟现实技术说到底其仿真模拟都是在计算机里实现的，就好比大家在玩游戏一样，你无论在游戏里是受伤还是死亡，这对于现实世界里的你都毫无影响，你只需在下一次训练时改进技术、变换策略就能避免上一次情况的发生，所有的训练过程都是可逆的，而且这一切仿真模拟技术的实现难度较真实世界里要简单许多，画一张图和造一个实物孰难孰易大家都很清楚。同时，随着虚拟现实技术不断推广，人机交互水平不断提高，相关仿真技术不断进步，可以想象今后对于一个实物的仿真可能极为简单，你只需用仪器扫描一下，就能在虚拟世界里看到任何现实中存在的事物，甚至现实中不存在的事物，也能通过构图在虚拟世界中展现，这是现实模拟永远无法企及的，而这又恰恰是模拟训练最需要的。

三、虚拟现实技术应用于消防模拟训练针对虚拟现实技术的特征和优势，结合消防部队日常训练内容，可以将虚拟现实模拟训练分为三个部分：

1.单兵器材装备模拟训练。通过计算机模拟技术将日常使用的器材装备设置于虚拟场景中，通过示范演示教授参训人员器材装备使用方法，并能结合器材用途及时设置器材使用场景，实地使用器材装备，改进以往只知简单使用方法，实战应用不足的缺陷。同时，可以通过细致构建器材内部结构，进而学习掌握器材装备内部构造和工作原理，这是在现实中不破坏器材根本无法做到的。参训人员可以实现器材的拆解和拼装，并能观察器材运行过程中的工作方式，直观的学习器材装备的维护保养和工作原理。由于虚拟器材基本可以借助现实中存在的任何器材进行模拟，所以理论上可以在短时间内学习掌握大量器材装备的使用和维护，大大提高了参训人员的学习效率和学习质量。以此类推，还可以把此项功能应用于器材装备的选型定型，测试人员能在模拟设备中使用新式装备，并发现问题缺陷，提出改进意见，关键在于这些环节设备商不用生产任何器材，只需设计出器材的3D结构图即可，极大降低了生产成本，缩短了设计周期，还能真正做到让第一线的使用人员参与到器材装备的设计选型过程中，极大增强了器材装备的实用性。

2.单兵技能模拟训练。结合各类战斗编成、作战单元、功能分组和岗位分工的特点和组成，制定符合实战要求的相关训练科目，在仿真场景中将现实灭火救援过程中某个环节单独剥离出来，再更换不同的场景和环境变量，让训练不再脱离实战，让受训者有一种“我在训练中见过类似情况”的感觉，增强了受训人员的环境适应能力和临机处置能力，更好的适应瞬息万变的火场或是抢险救援现场环境，保证自身任务的顺利完成。同时，这也避免了重复训练使受训人员产生“练不为所用”的感觉，每次的任务虽然相同，任务内容可能不是很困难，但是环境、器材等因素总在变化，不仅增强了训练的新鲜感，还提高了人装结合程度，真正做到了“练为用、练为战”，切实提高单兵作战能力和战斗素养。

3.团体集成实战训练。单兵能力再强也要融入集体互相配合才能保证整个作战行动的圆满完成，充分利用分布式虚拟现实技术，通过模拟一起灾害事故，结合前期单兵操作和技能训练，实现班组或是单个中队自成体系，各岗位人员各司其职互相配合，齐心协力完成灾害处置任务，既增强了中队实战能力，也能锻炼指挥员的决策指挥能力和临场处置能力，同时，还在“实战”中检验了全员单兵素质，做到“像实战一样训练，像训练一样实战”。同理，也可以借助此技术进行跨区域调度演练，检验多个中队、多个支队甚至多个总队的协同作战能力，切实增强实战经验和协同能力。还可以检验各类预案的实战效果，借助过程实时录像等功能，可以真实再现每一位参训人员全过程的实时操作，有针对性的点评讲解训练中发现的过错、失误或是改进，参训人员也能在训练之后及时掌握自身和总体情况，及时做出调整。这改进了以往只听教练员说的情况，所有人员都可以参与进来，提出改进性的意见或建议，这也更有利于团队配合和自我提升。

四、其他应用展望以上仅针对虚拟现实技术应用于消防模拟训练的几点设想，按照目前虚拟现实发展的情况来看，虚拟现实技术已经不仅仅只是一项技术，而是能够形成一种生态系统，其应用可以是多元化和不确定性的，任何人在任何时间只有拥有技术，即可推出自己设计的应用。虚拟现实技术和消防工作的结合还有许多奇妙的反应，例如：利用虚拟现实技术对相关单位进行“六熟悉”，美国等发达国家已有此先例，结果表明这种方法较传统的蓝图熟悉有很大改进，参与者能较直观的感受到熟悉场所的各种特征，而不仅仅是靠想象来理解。利用虚拟现实技术进行载具操作培训，虚拟现实技术最先的实际应用就是用于美军“F-16”战斗机的驾驶训练，受训飞行员在模拟设施中驾驶仿真战斗机，进行起飞、降落、盘旋、俯冲等基本动作的学习，以及攻击、追击、躲避、编组等一系列战术动作，通过模拟设备中存储的海量实战地图，短时间内掌握了各种条件下的作战技术。据调查，从未参加过实战的飞行员在首次执行任务时的生存概率只有60%，而经过模拟对抗训练后，此概率可以提高到90%。而伊拉克战争前期，美军也利用虚拟现实技术开展训练，基本把伊拉克全境都训练了一遍，参战官兵都反映实战中的场景在之前的训练中基本都见过，感觉就像打游戏一样，轻车熟路就能完成任务。现在消防部队不断加强器材装备发展力度，但是随之而来的隐患也日渐明显，装备更新换代太快，而且新式装备往往价格昂贵，许多单位基本很少开展针对新式装备的应用和训练，无非也是害怕操作不熟悉的情况下无意损坏装备，但是装备永远要应用于实战才能发挥效能，而训练中的损耗甚至破坏难以避免，借助虚拟现实技术可以轻松破解这一矛盾，将新式器材装备的仿真程序设置进系统内，就可以在系统内进行装备的学习和相应战法战术研究，期间对装备的“损耗”都是可逆的，相信这会极大增加基层学装用装的热情和积极性。目前，我国消防部队不仅担当灭火救援任务，还承担了许多诸如社会救助、安全保卫等任务，借助虚拟现实技术我们还可以开展类似灾害情况下人员疏散训练，国外也有针对火灾条件下的人员疏散仿真软件，英国的Colt Virtual Reality公司开发了一个称为Vegas的火灾疏散演示设计模拟仿真系统，此系统就是针对各类火灾条件下，对被火灾威胁人员的疏散仿真，进行消防人员灭火救援以及人员疏散的模拟训练。类似以上的各种应用还有许多未经开发的方向，虚拟现实技术也才刚刚发展起来，而2016年被人们称为了“虚拟现实时代”，希望我们也能紧跟时代脚步，利用这一新兴技术积极服务于社会大众。