朱萍

摘? 要：隨著我國計算機技術(shù)不斷發(fā)展，當今虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成為了社會群眾關(guān)注的焦點。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在上世紀80年代末起源于美國，經(jīng)過了30年的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。消防安全系統(tǒng)開發(fā)中采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以讓火災(zāi)研究數(shù)據(jù)更加直觀、場景更加逼真，無需依靠真實世界即可直觀感受?；诖?，文章首先提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)含義，進而提出該項技術(shù)在消防安全系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);消防安全系統(tǒng);開發(fā)設(shè)計;應(yīng)用

中圖分類號：TU998.1 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）21-0093-02

Abstract： With the continuous development of computer technology in China， virtual reality（VR） technology has become the focus of social attention. Virtual reality technology originated in the United States in the late 1980s. After 30 years of development， virtual reality technology has been widely used. The use of virtual reality technology in the development of fire safety system can make the fire research data more intuitive， the scene more realistic， and can be felt intuitively without relying on the real world. Based on this， this paper first puts forward the meaning of virtual reality technology， and then puts forward the application of this technology in the development of fire safety system.

Keywords： virtual reality （VR） technology; fire safety system; development and design; application

引言

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是指通過計算機軟件算法給人們營造出一種更加逼真的虛擬環(huán)境，因此該項技術(shù)也被稱之為人造空間、虛擬環(huán)境等，是一種十分先進的仿真技術(shù)、傳感技術(shù)。利用計算機軟硬件、通信系統(tǒng)、傳感器等，在計算機中構(gòu)建一個虛擬場景，并且可以實現(xiàn)與人的交互，得到現(xiàn)實世界中相同的反映，包括聽覺、視覺甚至是觸覺、嗅覺等。虛擬現(xiàn)實場景是虛構(gòu)場景，可以逼真呈現(xiàn)出真實直接，解決傳統(tǒng)方法帶來的難題。在消防領(lǐng)域，由于搶險救援任務(wù)增加，大型消防設(shè)備造價提升、數(shù)量少，并且實物訓練會造成大量損耗，費用過高。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，即可重現(xiàn)火場、搶險救災(zāi)現(xiàn)場，展開虛擬訓練，具有非常高的使用價值。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)相關(guān)闡述

1.1 技術(shù)本質(zhì)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要是通過VR眼鏡、傳感手套等設(shè)備，通過計算機軟件構(gòu)建一個虛擬平臺，在這個平臺當中可以和虛擬物交互，從而實現(xiàn)相關(guān)目標。平臺操作可以實時獲取、移動虛擬對象。通過這些設(shè)施并以自然形式向計算機當中傳遞有關(guān)信息，通過視覺、聽覺、觸覺，給人一種真實感覺，實現(xiàn)三維的消防系統(tǒng)。

1.2 基本特性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有現(xiàn)場感、沉浸感、互動感的特性。也就是在計算機軟件平臺上構(gòu)建一個虛擬場景，該虛擬場景可以讓用戶短暫脫離現(xiàn)實世界，從而營造一種現(xiàn)實感。用戶在虛擬場景當中還需要與虛擬物體進行互動，產(chǎn)生一種參與、互動感。

1.3 應(yīng)用意義

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個領(lǐng)域當中都已經(jīng)得到了應(yīng)用，不僅可以隨時隨地開展火災(zāi)消防演練，提升火災(zāi)消防演練的真實性，從而完成現(xiàn)實演練的各種目標，并且可以極大的減少人力、財力消耗。

2 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的消防安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個消防安全系統(tǒng)主要以虛擬三維模型庫作為每個子系統(tǒng)的基本虛擬場景數(shù)據(jù)來源，模型庫模型通過三維虛擬現(xiàn)實工具創(chuàng)建。各個子系統(tǒng)通過虛擬三維模型庫中的模型實現(xiàn)交互以及相關(guān)功能?！盎鹎楸O(jiān)控”子系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和消防安全重點單位遠程監(jiān)控系統(tǒng)連接，對重點部位火情實時監(jiān)控，并可以控制執(zhí)行單位做出相應(yīng)處理?；馂?zāi)撲救當中利用GPS定位技術(shù)獲取消防員位置，掌控整個火災(zāi)實際情況，從而實現(xiàn)科學調(diào)度。如圖1。

3 給予虛擬現(xiàn)實技術(shù)的消防安全系統(tǒng)開發(fā)

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)當中，需要通過三維模型數(shù)據(jù)庫仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)。仿真系統(tǒng)可以對三維模型數(shù)據(jù)庫進行實時渲染、動態(tài)跳動。針對消防安全系統(tǒng)來說，由于是對火災(zāi)進行模擬，所以仿真系統(tǒng)需要從滅火戰(zhàn)術(shù)、滅火過程具體行為兩個層面開展。并結(jié)合現(xiàn)場實際情況提供有關(guān)數(shù)據(jù)與材料，利用建模工具構(gòu)建一個三維地形、消防滅火設(shè)施，如消防車輛、油庫地形、各種消防栓等等。

3.1 構(gòu)建三維地形

在計算機軟件中表示數(shù)字地形有三種方法，包括等高線表示法、網(wǎng)格表示法、不規(guī)則三角網(wǎng)表示法。其中，不規(guī)則三角網(wǎng)表示法是非常復(fù)雜的一種，等高線是最常見的二維表達三維的形式。三維地形生成也有兩種方法，一是通過等高線產(chǎn)生一系列多邊形，通過簡單放樣運算得出地形紋理、模型;二是采用Delauny三角形根據(jù)等高線展開三維地形造型。地形等高線所生成的地形模型具有不光滑、不連續(xù)、缺乏逼真度等劣勢，所以在生成三維模型前要將登高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)楦窬W(wǎng)數(shù)據(jù)，主要采用格網(wǎng)表示法。該建模方法會讓三維模型數(shù)據(jù)庫較為龐大，地形模型紋理容量大，仿真系統(tǒng)運行中會有較大的負荷，對硬件系統(tǒng)要求較高。因此采用多細節(jié)層次技術(shù)進行簡化設(shè)計。

（1）細節(jié)等級技術(shù)（LOD）。實現(xiàn)實時繪制是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)建的基本要求，可以采用LOD技術(shù)對場景中不同物體采用不同描述方法。在實際繪制當中，如果一個物體離視點較遠或物體較小，采用粗的LOD進行繪制;反之，如果物體離視點近或物體較大，則要用精細LOD繪制。同時，如果場景當中含有運動物體，也可以采用該方案，快速移動物體采用粗LOD;靜止物體采用細LOD，這樣即可讓場景更加細膩。LOD分為高級、中級、低級，分別對應(yīng)近距離模型、中距離模型、遠距離模型。（2）模型構(gòu)建。結(jié)合消防安全系統(tǒng)中的各個火災(zāi)場景（平面圖紙），通過實際地形數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，配合二維平面圖形數(shù)據(jù)，重點考慮各個物體比例大小、分布情況，如建筑消防設(shè)施、小區(qū)水塘、樹林、圍墻等等。為了能夠讓系統(tǒng)模型更加簡化，可以將不影響火災(zāi)救援的物體做在一起。結(jié)合當?shù)叵腊踩A(yù)案藍圖、實物照片，在充分掌握模型構(gòu)建要求后，查閱相關(guān)材料對模型數(shù)據(jù)進行補充。紋理素材可以采用數(shù)碼相機實物拍攝，也可以在網(wǎng)絡(luò)上查詢材料并使用Photoshop軟件處理，保證紋理清晰。結(jié)合上述層次結(jié)構(gòu)分析，需要貫徹由里到外、由上到下的原則，采用MultiGenCreator為模型提供點線面，可以通過修改工具進行整改（如圖2）。在消防車模型建設(shè)中，對動作點設(shè)置DOF點，便于OpenGVS調(diào)控與控制。

3.2 消防車輛建模

在虛擬現(xiàn)實技術(shù)當中，消防車輛模型是整個場景十分重要的一部分，也是重要場景內(nèi)容。下文主要以水罐消防車為例介紹如何建模，雖然整體過程和地形建模有很多相似之處，但要考慮單個小件運行情況。這就要采用多自由度技術(shù)（DOF）。

應(yīng)用DOF可以為子節(jié)點所表示的圖形增加動態(tài)特性。一個DOF創(chuàng)設(shè)一個坐標體系，可以控制圖形繞著坐標軸旋轉(zhuǎn)、移動。在水罐消防車建模中，要重點考慮噴水、噴頭旋轉(zhuǎn)、消防車云梯展開等問題（如圖3）。

3.3 模型構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

紋理映射技術(shù)（TM技術(shù)）是一種將二維圖像映射到三維物體上的一項技術(shù)，可以讓虛擬仿真場景更加真實。使用TM技術(shù)可以避免每個虛擬模型細節(jié)都采用多邊形表示，可以有效降低模型多邊形數(shù)量，加速圖形顯示速度。結(jié)合透視變換，紋理需要提供三維線索，增加模型細節(jié)、場景真實感。

3.4 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是在虛擬場景中布置起點、終點，自主找出一個無人碰撞的路徑。路徑規(guī)劃在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中有著重要作用，結(jié)合不同場合、導航物體特征，將路徑規(guī)劃為爬行路徑、飛行路徑。爬行路徑在三維場景中受到虛擬任務(wù)受重力影響，無法在虛擬空間中隨意移動，只能貼著地面進行。飛行路徑規(guī)劃是指虛擬攝像機等形式，在無碰撞情況下，在場景空間中任意進行。演練人員可以虛擬GPS定位，通過通訊系統(tǒng)對話，從而提升協(xié)調(diào)性，掌握部署情況。

3.5 疏散時間的確定

在疏散時間的確定中，應(yīng)該按照疏散狀況進行疏散時間的計算，具體的計算過程如下。

通過這些計算方案的構(gòu)建，可以實現(xiàn)對疏散時間的確定，以保證疏散時間的確定的科學性。

4 結(jié)束語

綜上所述，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一個使用廣泛、充滿活力的高新技術(shù)，在消防安全系統(tǒng)開發(fā)當中有著不可替代的作用。通過利用計算機軟件技術(shù)、仿真技術(shù)、建模技術(shù)等，從而實現(xiàn)消防指揮人員網(wǎng)絡(luò)培訓，通過構(gòu)建虛擬空間，縮短消防作戰(zhàn)指揮人才培養(yǎng)周期，滿足消防作戰(zhàn)指揮需求，保障消防安全系統(tǒng)的有效性。

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