李雨欣 郭大為

摘要：基于VR技術的防災虛擬演練平臺以VR技術為依托，為各學校提供模擬的各種逼真場景安全演習如火災、地震等突發(fā)事件。學?？梢岳眠@些場景來進行各種應急演練及安全的災難現(xiàn)場，參與者有身臨其境的感覺，同時新穎的安全教育方式更能提高同學們的積極性。另外，虛擬演練平臺建成后可隨時隨地投入使用，不受時間和場地的限制，每次開展演練和安全教育也不需要重新布置場景和道具，重復使用，降低了成本，提高了效率。

關鍵詞：VR技術;防災

現(xiàn)在國際、國內(nèi)形勢十分的復雜，火災、洪澇災害、地震等各種各樣的災害時有發(fā)生。人的生命重于泰山，因而國家十分重視安全工作，各學校每年都要組織開展一定數(shù)量的消防、地震等應急演練。雖然以前開展了一定數(shù)量的應急演練，對各種突發(fā)事件也有預案，但演練時好多人總是漫不經(jīng)心，對演練毫不重視，更有甚者演練直接成為了形式主義，這些都是對生命極其的不負責任的行為。因此通過VR技術來模擬出來的災害場景，令演練場景更加逼真，演練時的氛圍變得緊張嚴肅，除此之外，在進行傳統(tǒng)的應急演練時，絕大部分危險場景中的各種意外無法體現(xiàn)，但借助VR技術就可以在虛擬場景中實現(xiàn)，這樣就可以使大家身臨其境，從而具有更豐富的應對危險的經(jīng)驗。同時，制作出一套成熟的系統(tǒng)可以重復使用，同類型的演練在不同單位還可以通用，因此，從長期看可以大大降低時間和金錢的成本，人員組織也會相對容易。

一、技術

1.1 基本原理

防災虛擬演練平臺利用VR技術以應急預案為藍本，以動態(tài)可視化的事故劇情為主線，三維可視化的協(xié)同演練環(huán)境為平臺，多層且多角色的協(xié)同演練為手段，構建了逼真的場景，為應急指揮及處置人員提供了應急預案的演練腳本數(shù)字化、演練場景自主化。

VR技術利用了空間為用戶提供了視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官的虛擬，用戶使用后會產(chǎn)生一種身臨其境的感覺?？梢哉fVR技術就是在計算機中構建一個完全虛擬的世界，并將我們的感官帶入到這個世界中。

1.2 關鍵要素

（1）虛擬環(huán)境：虛擬環(huán)境是VR專家借助編程渲染技術創(chuàng)建的人工的3D世界。在這個環(huán)境下，用戶可以互相交互，也可以同人工對象交互。在虛擬環(huán)境中，用戶的視覺視角會實時影響其感受甚至物理反應。

（2）浸入：浸入是對虛擬環(huán)境中物理存在的感知。當這種環(huán)境越真實時，用戶的體驗就越自然。除此之外，以下兩種浸入類型會影響用戶滲透到虛擬環(huán)境中的深度：

心理浸入：心里浸入是用戶如何感知虛擬世界。這是一個人對自己所見事物的反應深度。

物理浸入：物理浸入是用戶對虛擬環(huán)境的物理反應。它包括動作、可見的情感和互動。

（3）感官反饋：任何VR技術的開發(fā)人員都會了解，當虛擬環(huán)境中所涉及的人類感觸越多，這個虛擬環(huán)境就越真實。除了需要激活視覺和聽覺之外，還需向用戶提供觸覺的反饋，來正確的模擬現(xiàn)實的世界。在一個VR系統(tǒng)中可能包含特殊的硬件，如均由VR軟件管理的感覺手套或手控制器。

（4）交互性：交互性是高級的虛擬體驗中的固有成分。簡單的VR應用程序僅僅依賴視覺與聽覺，復雜的VR應用程序可以允許用戶與虛擬的三維對象進行實時的交互。如果沒有交互性元素，用戶就將無法像在現(xiàn)實世界中的那樣真實地感知到虛擬環(huán)境。因此交互對于VR用戶的體驗至關重要。

（5）分類目錄：根據(jù)現(xiàn)實水平，VR可以被分為三個主要的類型。而每個類型都會提供自己的沉浸度，從而使用戶能在不同的參與度下體驗虛擬的世界。

（6）非仿真式沉浸：在并非身臨其境的虛擬環(huán)境中，用戶可以保持同現(xiàn)實世界的強大的視覺聯(lián)系。它擁有最少的沉浸式VR實現(xiàn)方式，僅僅刺激人類感覺中的一部分。為實現(xiàn)非沉浸式VR，開發(fā)公司會使用具有平均處理能力的硬件，例如標準分辨率的顯示器或臺式機。

（7）部分沉浸：與非仿真式沉浸相比，部分沉浸式VR為用戶提供更加逼真的體驗。例如，大量的飛行或者賽車模擬器的使用，在高分辨率的屏幕或高端的投影系統(tǒng)上再現(xiàn)了半沉浸式虛擬現(xiàn)實，這些虛擬現(xiàn)實可以充分地刺激了用戶的視覺系統(tǒng)，使體驗更加逼真。

（8）完全沉浸：高度詳細的虛擬現(xiàn)實是完全沉浸式的模擬。在這些虛擬環(huán)境中，用戶會完全的失去了與現(xiàn)實世界的聯(lián)系，并且會深入滲透進虛擬世界。完全沉浸式的模擬涉及到人類的全部感官，包括視覺，聽覺和觸覺。通過使用HMD、運動檢測硬件和手動控制器，使沉浸式VR類別成為可能。準確的觸覺反饋、高分辨率的圖像、詳細的3D圖形以及高度的交互性可以提供逼真的虛擬現(xiàn)實的體驗。而VR技術如何實現(xiàn)完全沉浸技術則是由兩個重要的組件來提供支持：借助VR技術開發(fā)的軟件和硬件。VR技術的主要目的是形成人造的3D環(huán)境，且沒有電視或者筆記本電腦屏幕中的任何幀或屏的概念。該概念與在AR中應用的概念是相反的， 后者只是將真實的環(huán)境同計算機生成的內(nèi)容疊加起來。

二、應用

2.1 具體目標

基于VR技術的防災虛擬演練平臺目的在于開發(fā)一個針對學校的虛擬演練平臺系統(tǒng)，主要開發(fā)消防疏散、地震疏散、公共衛(wèi)生事件疏散等模塊，作為基礎虛擬演練平臺系統(tǒng)。還可根據(jù)學?？蛻舻膫€性化需求開發(fā)相應的模塊，形成適合學?？蛻舻奶摂M演練平臺系統(tǒng)。

2.2 市場分析

現(xiàn)在VR技術越來越成熟 ，很多以前無法實現(xiàn)的事現(xiàn)在借助VR技術就可以實現(xiàn)，同理學?？梢越柚覀兤脚_提高演練效果。學校作為人員密集場所，學生又大都缺乏應對突發(fā)事件的經(jīng)驗，經(jīng)常開展有效的應急演練是十分必要的。應急演練的市場需求是比較大的?，F(xiàn)在VR技術飛速發(fā)展，通過VR技術制作的虛擬場景已經(jīng)十分逼真，完全可以滿足虛擬應急演練的要求。虛擬應急演練可以讓參與者感覺到很強的代入感，角色模擬十分逼真，適合學生這個群體。同時，一套系統(tǒng)可以多次重復使用，既能達到強化效果，又不增加額外成本，經(jīng)濟效益明顯。虛擬應急演練的市場前景比較好。

2.3 應用舉例

2.3.1 火災

通常來說，當人們處在陌生環(huán)境時會很大可能認真地留意安全通道，但若是處在再熟悉不過的環(huán)境，例如學?；蛘咚奚岬?，人們恐怕就不會去留意安全通道。而學校中的消防安全問題是歷年來在社會中最受關注的民生問題。安全通道在火災發(fā)生時極大可能會是最重要的逃生道路，但是宿舍中的隱患會直接阻礙火災的逃生以及救援的效率，但傳統(tǒng)的校園消防安全教育很多僅僅只是文字說教，少數(shù)會舉行演練，而在少數(shù)的演練中絕大部分人都漫不經(jīng)心，不能起到很好的的作用。但利用VR技術來進行消防安全演練形式新穎，可以令學生體會到身處環(huán)境的危險，使學生在演練時認真起來。

具體來說，當火災開始蔓延時風向如何，如何根據(jù)風向來判斷應該往哪里逃生等，這些場景更需要的是逼真場景的演練。例如，通常當發(fā)生火災的樓層處于自己所在的樓層之上時，應當迅速向樓下跑。除此之外，逃生時應當注意盡量隨手關閉通道上的門窗，以延緩甚至阻止煙霧向正在逃離的通道擴散。這一項在VR虛擬火災場景演練中就有所涉及。

一般情況下，當宿舍發(fā)生火災時第一時間應該及時匯報告給宿舍的值班員，并迅速報警。在VR虛擬的場景中，逼真的火勢、運用濕毛巾來捂住口鼻、彎曲身體來逃生等都可以實現(xiàn)。當面對濃煙和烈火時，VR技術可以指導體驗者保持鎮(zhèn)靜，且迅速判斷危險的地點和安全的地點來決定逃生的辦法，并盡快地撤離險地。在面對滾滾的濃煙和熊熊的火焰時，只要冷靜機智地運用火場自救與逃生知識，就會極大可地能拯救自己。因此，盡可能地掌握多一些的火場自救的要領，在困境中也許就可能獲得第二次生命。除此之外，VR技術可以讓體驗者嘗試操作滅火模型，掌握正確的滅火操作，為逃生贏得更多的生機。

2.3.2 地震

在地震逃生中，自救的時間與我們的生命安全息息相關。VR技術可以發(fā)揮重要作用。

專家認為：在地震發(fā)生時，最科學的辦法就是就近躲避，在震后迅速地撤離到安全的地方。VR技術可以模擬當學生處于室內(nèi)并發(fā)生地震時，可以選擇躲在結實的且可以掩護自己身體的物體的下方或旁邊、形成三角空間的地方、小且有支撐的地方等來保護自己。學生可以根據(jù)提示來選取蹲下或坐下的措施來降低自己身體的重心，并抓住牢固的物體以此來避免自己受到過多的傷害。

雖然在虛擬場景中你會處于危險之中，但是在現(xiàn)實中你其實依舊平安無事，這也是傳統(tǒng)演練中不可及的地方。隨時隨地可進行各種各樣的地震場景的預防演練，并且能獲得與真實演練一樣的經(jīng)驗，除此之外還可以體驗到真實演練所不能體現(xiàn)的場景，以此來豐富學生們對防震知識的理解，同時也不會因為操作失誤而造成生命危險。地震的發(fā)生尚且不能預測，但我們需要具備面對地震時的應對能力。

災難發(fā)生時留給我們的及時作出反應的時間十分短暫，在此之間我們感受到的更多的是由地震而引起的安全事故。例如：地震引起的踩踏事件、火災、泥石流、山體滑坡等都會令人失去生命。而針對這些安全事故，學校的傳統(tǒng)演練都是由老師來直接指揮，有序按照預設的路線逃走。但發(fā)生地震時老師也面臨著危險，這時老師如何進行自救？而VR技術的普及無疑會讓我們可以在自主情況下很大可能的幸免于難。

參考文獻：

[1] 宋文琦，陶鵬宇，邢瑞澤.基于VR技術的火場求生訓練系統(tǒng)開發(fā)及應用[A]. 2020中國消防協(xié)會科學技術年會論文集， 2020.

[2] 汪東.VR技術在森林防火教學中的應用初探[J].森林防火，2020（04）.

作者簡介：

李雨欣（1999—），女，漢族，遼寧省大連市人，大連交通大學理學院2017級信息與計算科學+軟件工程在讀學生，專業(yè)方向為信息與計算科學、軟件工程

郭大為（1986—），男，滿族，遼寧省撫順市人，職務：大連交通大學理學院團委書記，職稱：副教授，學歷：碩士研究生，專業(yè)方向為雙創(chuàng)教育