摘要：本文主要探討虛擬現實和增強現實技術在消防工作中的應用。研究表明，其有效應用既有利于提高消防工作效率，又為消防工作提供了技術支撐，大大提高了消防員的生存技能和消防水平，從而使其能夠更好應對突發狀況。關鍵詞：虛擬現實技術；消防工作；應用盡管消防科學經歷了幾十年發展獲得了顯著進步，但部分消防戰訓、演練仍然采取傳統模式，導致無論是演練還是戰訓方法都存在一定的局限性，如成本和風險都處于一個較高的水平，且無法有效再現火災場景。計算機技術的迅速發展，與其相關的圖形學、人工智能技術以及人體工程學等出現了重大突破。虛擬現實（簡稱VR）和增強現實技術（簡稱AR）開始興起，并應用到了諸多領域。這兩項技術不僅可以模擬現場火災場景，還能增強相關工作人員的火災研判能力以及提供導航服務，為消防戰訓和演練創造更為真實的環境。此外，虛擬現實技術的應用還為消防救援人員創造了逼真的場景，加之交互式體驗使模擬訓練更為真實、專業，大大提高了消防人員的救援能力，為解決消防救援戰訓難題奠定了基礎[1]。一、VR和AR技術簡介VR技術屬于綜合性信息技術，該技術融合了多項信息技術中的最新成果，如多媒體、人工智能、網絡等。VR技術則是借助身體感官，如眼睛、耳朵、鼻子等為用戶帶來新奇體驗，即沉浸式體驗[2]。AR技術和VR技術存在著千絲萬縷的聯系，其中前者是在后者的基礎上逐漸發展而來，是借助計算機產生的信息來轉變用戶感知的一項技術。AR技術最突出的特點是增強現實，即將計算機提供的場景、虛擬物體等信息融入到真實場景中，通過信息疊加來增強現實。二、虛擬現實技術在消防工作中的應用途徑（一）虛擬現實技術在消防戰訓工作中的應用1.虛擬現實技術在消防戰訓工作中應用的系統設計（1）構建三維立體模型。由虛擬現實技術構建出來的場景需要工作人員努力工作，如搜集火災現場相關圖片以及視頻，并進行優化處理，最后將它們添加到三維立體模型中。由于消防機構本身承擔著消防救援使命，其日常工作和火災現場緊密相關，具有海量的現場資料，能夠為該模型構建提供第一手素材。（2）構建外置場景。在應用虛擬現實技術時想要達到理想效果，不能只依靠虛擬場景，還應另辟蹊徑，構建其他場景，如外置場景，以補充虛擬場景，讓模擬場景真實性更高。在此基礎上，應保障二者的吻合度。（3）構建互動算法。火災救援是不斷變化的，即使是開展模擬練習，不能僅讓消防工作人員觀看視頻或者圖片，應讓他們融入進去，通過親身體會和參與的方式提高消防戰訓質量。因此，構建互動算法極為重要，應將其作為該技術應用的關鍵和核心[3]。2.有效措施（1）構建建筑火災場景。眾所周知，建筑火災是最為常見的火災事故類型。建筑火災不僅包括滅火，還包括疏散群眾，幫助其脫離火災現場。因此，在構建建筑火災場景時不應忽略這一點，從而使構建出來的虛擬場景更貼近現實，更能展現當時的真實狀況，從而為后續滅火救援工作的順利開展奠定基礎。（2）構建油罐火災場景。油罐火災事故對于消防指戰員來說是一項較為艱巨的任務，極為考驗其正確處理和隨機應變的能力，否則不僅會延誤消防救援工作，還有可能產生更為嚴重的后果，如火勢不減反增，留下了較大安全隱患，且該隱患存在多變性。因此，在構建油罐火災場景時，應明確重心，結合其行為給出反饋。為此，應結合其行為來加以改正，統計消防指戰員的錯誤行為，并由此設計互動反饋機制。（3）構建城市綜合體事故場景。城市綜合體事故的發生概率相對來說較低，一旦發生往往會造成嚴重后果，如巨額經濟損失、人員傷亡等。因此，該事故演練在消防戰訓工作中占據重要地位。在構建虛擬場景時，城市綜合體事故由于范圍大、影響因素多，在救援時除了考慮常規因素之外，還應考慮其他方面的因素，如空氣、地質等。要達到較高的訓練效果，應在構建該類型事故場景方面進行努力，充分考慮各項因素。與此同時，在完善該類型事故場景之后，也要對消防指戰員的能力和素養進行全面考慮和檢驗。（二）虛擬現實和增強現實技術在消防演練中的應用1.系統總體架構系統采用的框架為多層結構，包括四個層次。第一層為平臺層，第二層為人機交互層，第三層為應用層，第四層為對象層。平臺層之間能進行實時通信；第二層在用戶和虛擬環境之間，能夠為用戶提供人機交互方式；第三層是實現系統應用的核心；第四層是為模型提供來自系統數據方面支持的系統，并用于存取、維護等[4]。2.角色設計系統中包含的角色崗位不限于一種，如包括指揮、執行。其中，指揮崗結合態勢發展、系統產生的工作參數，使控制的角色根據下達的操作指令進行行動。執行崗根據指揮崗發布的命令、自身所處系統參數，結合訓練流程，為操作人員安排任務，并向指揮部匯報工作進度。實際上，這兩個崗位在仿真系統中都發揮著重要作用。3.操作與智能交互在進行人機交互時，對操作人員的交互意圖進行充分感知極其重要，一般可借助虛擬手段來實現。該方式屬于接觸式交互。除此之外，深度視頻采集設備的興起和大量應用，大大提升了行為識別的準確率。因此，也可采用視頻方式來對操作人員的行為、語言等進行識別，該方式為非接觸式。虛擬現實演練操作包含兩個部分，一部分為虛擬手的移動控制、操作動作；另一部分為虛擬手、物體間的檢測。前者可借助VR虛擬手柄來實施，利用其定位裝置來檢測手的坐標，此時的坐標屬于實時坐標。參訓者進行角色扮演，并配套虛擬現實設備，并借助該設備在虛擬的場景中完成任務。實際上，在該場景內，除了參訓者之外，還有其他角色，當其需要和別的角色合作時，可借助手柄的交互點擊、觸碰交互對象，而被碰觸的對象一旦接收交互指令，往往會自動執行相關操作，通過和參訓者的配合來完成訓練任務。VR空間互動利用的是光學動作捕捉原理，借助架構在空間上的高速相機，通過其對光學標記點的捕捉對物體運行軌跡進行識別跟蹤，促進并實現三維大空間的人機交互。在此過程中，讓訓練者的移位距離、虛擬環境按照固定比例（一般為1∶1）來進行手勢方面的交互，完成肢體動作，進行自由行走，通過對內容的觀察來進行多種交互。4.演練考核設置一塊分辨率較高的屏幕，并將其置于監控者面前，屏幕的中央為參與人員的實訓過程以及場景畫面。畫面內容較為豐富，既包括實訓中的操作流程，也包含數據信息、參訓人員，以便為后續考核和評價創造條件。在此過程中，可使用Unity3D插件來進行視頻回放，借助點擊功能，觀察參訓人員列表，打開實訓中的每個階段操作步驟和流程，為其賦予分值，可由監控者進行手動評分，也可由系統來進行自動打分，打分依據為參訓者的實操演練。此外，可觀察參演工作人員如何部署消防力量、安排戰略戰術、發布指令、消防人員應急處理能力以及執行能力、滅火救援采取的措施是否科學、參與消防救援的班組配合默契度等，邀請專家對模擬的流程進行評價，定性+定量評價的方式能夠更好對參與演練人員的演練效果進行科學、客觀和合理評判。5.大數據云管理平臺應用Unity3D內的“XCharts”插件，在運行系統時使用SQLSever語句，從而從數據庫中進行數據調取并對這些數據進行預處理，之后將其存儲到自身的緩存池中，等待“XCharts”執行，一旦系統接受了數據可視化這一命令，系統工作模式便發生了改變，即不需要再從本地數據庫中讀取數據，而是直接從緩存池中獲得數據并將其傳遞到可視化插件當中，隨即生成相應圖片，一般為信息統計圖。三、大型綜合體滅火救援案例（一）滅火救援實戰演練與尺度大型綜合體人員較為密集，無論是建筑結構還是功能都較為復雜，面臨的火災荷載較大，人員疏散也存在較大困難，屬于滅火救援的一大難點。在實戰當中，作為一線的消防指揮員應充分了解火災情況、著火部位的建筑構造、消防通道以及受困人員等相關信息，以便更好研判火災演化與發展態勢，部署救援力量。在部署時，應從外部滅火和內部滅火兩方面入手，組織人員進行搜救和滅火。其中，指揮員對于火場態勢的判斷、人員的安排、力量的部署、戰略戰術的選擇等都是這一類型火災滅火救援的關鍵，在實戰演練中居于重要地位，也是提升消防工作人員戰斗力的難點。該類型的實景演練往往受場地、安全性等諸多方面制約，使得其組織開展難度較大。虛擬現實技術的出現和應用為該類型滅火救援的模擬演練以及預案推演創造了條件。（二）系統建模結合某地一大型綜合體，觀察其周邊的地理信息以及消防資源來構建三維場景模型，并標注、設置其內部的消防設施，如消火栓、疏散通道、停車場、噴淋設備等。在綜合體的外部，要結合其環境信息，如當地的溫度、風速、濕度等，并根據演練要求來進行科學設置。（三）模擬演練1.火災發生當某層的一個商鋪意外發生火災時，將災情信息第一時間借助檢測系統傳遞到指揮中心。2.調度指揮由指揮中心結合實際的火情信息，借助模擬計算和分析來觀察綜合體內部起火情況，構建火災仿真場景，了解其發展情況。由系統借助可視化的方式將綜合體周邊的消防力量、資源等信息以及著火點樓層附近消防設備、疏散通道等位置信息進行直觀顯示。結合演練位置來進行任務布置，由演練導調組下達相關演練任務，由指揮員、指戰員負責執行命令。演練人員包括指揮員、救援班組、消防指揮員等。其中，指揮員主要負責的任務是從系統平臺所提供的相關信息出發，通過科學分析來下達任務，由救援班組執行，并調派消防隊伍。組長在接到命令之后，發出滅火救援的相關指令，由佩戴好虛實融合裝備的模擬演練消防員執行。在此過程中，無論是各層級的指揮員還是班組成員都應積極配合，以確保滅火救援任務的有效、順利完成。在此過程中，消防員可借助外部觀察以及詢問相關知情人士來來了解火場情況，從而制定出科學的滅火救援方案。3.評測分析指揮員、觀察員無需直接進入火災現場，而是通過指揮中心平臺來觀看演練人員的實際操作信息。在演練結束之后，系統會自動保存各個層級人員的語言、操作等和滅火救援相關的過程信息、火場信息，方便反復回放和分析，并形成關于本次滅火救援的演習報告。指揮員、觀察員可借助視頻的回放功能+演習報告等方式來評判本輪的演習效果。（四）事故演化、推演計算在進行系統設計時，數據層應用的是本地數據文件。進行初始化時，應首先創建本體的管理、實例對象，在文件系統進行讀取，讀取的往往也是本地文件，并將各實例數據進行載入。接收客戶端信息時，共包括以下兩種請求，如對本體實例進行讀取、對實例屬性加以修改。修改屬性數據一般應用于應急過程，用以標記形勢、人物動作的變化。在完成后，需要評判本體的對象。圖1事故推演流程圖（五）滅火救援方案優化借助本系統來復盤整個模擬演練、預案推演。在此基礎上，進行關鍵點查找，分析處置方案中的不足之