基于虛擬現(xiàn)實技術的艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)體系架構研究

常 壯 邱金水 張秀山

1海軍工程大學 船舶與動力學院，湖北 武漢 430033 2海軍工程大學電子工程學院，湖北武漢430033

基于虛擬現(xiàn)實技術的艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)體系架構研究

常 壯1邱金水1張秀山2

1海軍工程大學 船舶與動力學院，湖北 武漢 430033 2海軍工程大學電子工程學院，湖北武漢430033

在建筑式仿真系統(tǒng)中實裝開展的船舶消防訓練，其災害模擬程度不高、訓練效果不明顯，因而很難更好地評估消防員的災害處置能力并提供決策輔助?；谔摂M現(xiàn)實技術的艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)通過將環(huán)境、災害、訓練策略等模型化，較好地解決了災害模擬逼真度、仿真訓練實效性等問題，為火災模擬、消防訓練、決策和評估提供了可靠途徑。本文介紹了虛擬現(xiàn)實技術在船舶消防訓練中的應用，討論了船舶虛擬消防訓練系統(tǒng)的體系框架結構，并對系統(tǒng)的5個底層模型及其建立方法進行了研究和探討。

虛擬現(xiàn)實技術；艦船；消防訓練；體系架構

1 引言

船舶火災安全對船舶生存能力至關重要，對其火災和消防的計算機模擬與仿真也一直是船舶消防的一個熱點，虛擬現(xiàn)實技術為船舶火災和消防的可視化搭建了一個有效平臺，對船舶消防的模擬、訓練、決策和評估具有極其深遠的意義。

船舶消防的虛擬現(xiàn)實，就是通過計算機營建具有3I（沉浸性Immersion、交互性Interaction、想象性Imagination）特點的虛擬船舶環(huán)境和火災現(xiàn)場，使消防人員在近似實戰(zhàn)的逼真環(huán)境中進行模擬訓練［1］，以提高應付船舶復雜火災情況的處置和決策能力，并對火災可能造成的危害及船員的消防能力進行評估，以此指導船舶消防訓練和安全工程設計。

2 虛擬現(xiàn)實技術在船舶消防訓練中的具體應用

利用虛擬現(xiàn)實技術開發(fā)的船舶消防訓練系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多種訓練目的，如消防技能、戰(zhàn)術協(xié)同、滅火救援指揮等。其應用概括起來主要有船舶艙室滅火預案的演練；艦船艙室、甲板消防和滅火技能的訓練；特種消防裝備器材功能的熟悉；各種規(guī)模的船舶火災事故的應對處理和決策指揮；災情發(fā)生過程的模擬以及救火現(xiàn)場的重現(xiàn)等幾種形式。具體包括：

1）船員消防教育和逃生訓練。根據(jù)艦船艙室結構和布局，構建虛擬疏散訓練系統(tǒng)，在虛擬艙室環(huán)境中對船員進行初期火災處置和逃生訓練，以提高船員的消防意識和自救能力。

2）消防裝備操作技能訓練。受訓人員通過操作虛擬的消防裝備器材，熟悉實裝原理、功能和操作程序，訓練消防人員對裝備的操作、保養(yǎng)和維修技能。

3）應急滅火救援和適應能力訓練。構建艙室、甲板各類火災事故場景，消防人員通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套、消防數(shù)據(jù)服等人－機設備，感受近乎真實的災害環(huán)境，操作虛擬的消防裝備，與虛擬場景互動，完成滅火、破拆、洗消、偵檢等技能訓練，還可訓練消防人員適應火災和事故的能力及心理承受能力。

4）消防決策、指揮、協(xié)同能力訓練。對甲板火災、船內(nèi)艙室火災、油氣火災、爆炸燃燒及各類事故的滅火救援工作進行可視化模擬，通過虛擬場景的設定、滅火戰(zhàn)術和救援方案的選擇、指令的下達等功能設計，對宏觀指揮、現(xiàn)場調(diào)度、決策分析能力和突發(fā)事件處理能力等內(nèi)容進行交互式輔助訓練并提供綜合評判。各級指揮員和參謀人員可通過分布式訓練系統(tǒng)同時參與，以提高應對大型船舶火場聯(lián)合救援作戰(zhàn)的指揮、協(xié)同能力。

3 艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)體系架構

一個完善的艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)應當是具有高性能的硬件設備和科學合理的模型體系作支撐的架構。硬件設備包括中央處理設備、顯示設備和人機接口設備等，模型體系包括船舶實景模型、人群疏散模型、災害場景模型、決策模型和消防過程控制等。系統(tǒng)采用基于分布式網(wǎng)絡技術建立一個可供多用戶異地同時參與的局域網(wǎng)虛擬船舶災害環(huán)境，多個參與用戶可以相互合作并通過語音或文字形式進行實時溝通 （如在火災過程中協(xié)同控制火災蔓延、交互引導人員疏散、對話等）。這樣的系統(tǒng)是一個面向多用戶的沉浸式系統(tǒng)，既能響應局部的個體用戶動作，還能反映不同用戶間的互動，并把總體環(huán)境實體和全部用戶的互動效果表現(xiàn)出來；既有面向環(huán)境整體和用戶整體的數(shù)據(jù)處理，也有面向單個用戶的和局部環(huán)境的數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)由主服務器承擔維護和處理具有全局效應的數(shù)據(jù)，客戶機從主服務器獲取全局數(shù)據(jù)、負責和獨立用戶的交互、生成局部視景［2］。

3.1 系統(tǒng)總體架構及工作原理

艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)的體系框架包括主服務器、模型庫、導調(diào)控制設備、人機接口設備群、客戶機群和顯示設備群等。其中，主服務器是整個框架的靈魂，承擔整個虛擬系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行和數(shù)據(jù)處理與維護；體系模型庫囊括了所有用于生成實時場景的模型數(shù)據(jù)，它構成系統(tǒng)的整個數(shù)據(jù)體系；導調(diào)控制設備是整個訓練進程的總控制中心，負責對想定作業(yè)設置、訓練進度及綜合情況顯示的控制。

系統(tǒng)工作原理為：單個用戶通過客戶機與主服務器進行實時通信，客戶機接收用戶操縱人機接口設備（虛擬系統(tǒng)外圍設備，如數(shù)據(jù)手套、頭盔等）的指令信息，然后從主服務器獲取模型數(shù)據(jù)和場景信息，經(jīng)過適當處理后將綜合了聲音、場景、狀態(tài)等數(shù)據(jù)的信號傳遞到各客戶顯示器進行顯示，并將力、聲音、動態(tài)圖像等信息反饋給人機接口設備終端，供用戶與虛擬世界進行實時交流；主服務器在導調(diào)設備的控制下，根據(jù)各用戶進入的客戶機參與環(huán)境、人機交互實時動態(tài)等狀態(tài)信息對客戶機產(chǎn)生指令響應，通過模型選擇和控制接口從模型庫調(diào)度相應的模型和場景顯示數(shù)據(jù)，其中一路一一對應地實時送返客戶機，另一路經(jīng)融合后送綜合顯示器供觀摩或監(jiān)控。圖1展示了該系統(tǒng)的體系框架結構。

3.2 系統(tǒng)模型體系

3.2.1 艦船實景模型

艦船實景模型包括甲板環(huán)境實景、艙內(nèi)環(huán)境實景和船外實景。良好的艦船實景模型是營造逼真環(huán)境、增強沉浸效果的首要因素。以機艙內(nèi)部環(huán)境實景為例，由于艙室內(nèi)部設備繁多、結構復雜、艙室管系縱橫交錯、艙柜層次迭起，因此機艙實景模型的建立是一項復雜、龐大的工程。實現(xiàn)技術上可以采用VRML、Vaga、OpenGL等虛擬現(xiàn)實專用建模工具完成機艙實景的三維立體模型建立，也可以綜合考慮開發(fā)工作量、研制周期和現(xiàn)實需要等因素，借助于WTK軟件工具包、3DSMAX等三維建模工具，利用船舶平面圖、網(wǎng)絡建模技術以及CAD軟件的三維功能，完成船舶結構的三維建模（包括內(nèi)部機器設備、管道、操控臺等模型實現(xiàn)），然后通過調(diào)用OpenGL函數(shù)或照片貼圖的方式完成外觀渲染。國內(nèi)在艦船艙室實景的虛擬仿真中，已有較為成熟的系統(tǒng)，可實現(xiàn)對多層甲板、多艙室空間和多種復雜設備的實船機艙場景的連續(xù)立體顯示，同時還可伴有同步立體聲響效果。如大連海事大學航海動態(tài)仿真與控制重點實驗室和清華大學智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室聯(lián)合開發(fā)的船舶機艙虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)［3］。圖2較好地展示了艙室內(nèi)部虛擬環(huán)境的構建及虛擬設備起火的狀態(tài)。

圖1 艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)體系架構

圖2 虛擬艙室及虛擬設備火災

3.2.2 災害場景模型

艦船災害場景模型建立在船舶災害的數(shù)學模型基礎上，是一個對災害事故狀態(tài)場景進行建模從而對災害進行模擬和分析的過程模型，它描述災害發(fā)生、發(fā)展過程和災害狀態(tài)，用戶借助三維立體眼鏡或數(shù)據(jù)頭盔可以感受艙室及甲板火災發(fā)生與發(fā)展的狀況。對火災事故過程和狀態(tài)的模擬主要有場模擬和區(qū)域模擬兩種方法，通常采用場模擬的方法研究著火艙室，對鄰近艙室采用區(qū)域模擬，對外層甲板采用區(qū)域模擬。艦船火災虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是基于船舶結構特點，采用場區(qū)復合模擬方法對火災過程進行數(shù)值模擬和計算的。災害場景模型理論上應包括火災蔓延模型、彈藥及油氣爆炸模型等。

1）火災蔓延模型

結合艦船內(nèi)外環(huán)境特點，艦船火災的蔓延主要受以下3個方面的因素影響：船舶結構因素、消防阻燃因素、天候狀況和船舶外環(huán)境的特性。船舶結構因素要包括艙室物質材料、艙室面積、通風開口面積、艙室的高度等；消防阻燃因素主要指艦船耐火結構、艙室內(nèi)及外甲板自動啟動的消防設施（水噴淋、鹵代烷及二氧化碳等滅火系統(tǒng)）、消防人員釋放滅火劑行為等；天候因素主要指對風速、風向及雨雪情況，這些因素主要針對甲板外火災蔓延的方向、范圍以及火災蔓延規(guī)模的可能性等方面的影響，可約簡為對風速和風向的討論；艦船外環(huán)境的特性主要包括船舶所處為海洋還是港口環(huán)境及周邊建筑物等情況信息，這些因素用來反映火勢向船外蔓延及其受限的情況。因此，艦船火災按發(fā)生環(huán)境可分為艙室內(nèi)火災、海域中甲板外火災和港口內(nèi)甲板外火災3類，艙室內(nèi)火災環(huán)境主要分普通艙室、帶有大量易燃物（油氣、酒精、織物等）艙室和彈藥艙室，甲板外火災主要考慮火災在大空間、室外環(huán)境受天候影響以及是否向船外蔓延。

火災燃燒模型選取的關鍵，在于燃燒極限的模型（物質隨溫度、壓力、濃度、助燃劑變化、阻燃物質介入的燃燒極限模型）和物質的可燃燒性模型。火災的蔓延模型可以采用元胞自動機（Cellular Automaton，CA）理論建立。借助于城市火災蔓延模型，利用元胞自動機原理將艙室或甲板劃分成多個元胞，元胞尺寸SC可參考Jirou K和Kobayashi K［4］提出的公式進行估算并加以改進。將天候因素考慮進來，引入風速條件v，單位為m/s（艙室內(nèi)v∈（0，1）），火災傳播的最遠距離D為（單位為m）：

根據(jù)式（1），由于風速和風向的不同，火災向鄰居元胞蔓延所影響的范圍將會隨時間發(fā)生明顯變化。將模型中元胞的狀態(tài)設置為5個狀態(tài)等級（狀態(tài)0～狀態(tài)4），分別表示不可燃或無可燃物、可燃但未燃、已燃但不具備蔓延能力、劇烈燃燒且具備蔓延能力、燃盡?；馂氖欠癜l(fā)生蔓延，由元胞（i，j）的狀態(tài)是否從狀態(tài)1轉變?yōu)闋顟B(tài)2進行判斷，判斷依據(jù)由火災蔓延因子Fij決定，即

其中：α是除風速之外的火災蔓延速度調(diào)整因子；Sij是建筑結構參數(shù)；Pij為建筑的火災木質率，也就是將建筑可燃的部分轉化為木材的比率；W是風因素，包括風速和風向兩個方面的因素，β為調(diào)整因子（β＞0）；p（tckl）表示元胞（k，l）的火傳播能力，與著火后直至具有蔓延能力的時間有關；除β外，上述參數(shù)值范圍為（0，1）。

2）爆炸模型

與艦船有關的爆炸，從爆炸物質種類上，主要分彈藥和油氣引起的兩種爆炸類型；從爆炸物和船體的相對空間位置上，主要分水中爆炸、船體范圍內(nèi)爆炸和空中爆炸3種類型。由于爆炸物質不同和爆炸位置不同，爆炸瞬時的狀態(tài)、產(chǎn)生的炸后效果和對艦船的影響各有不同，因此，艦船爆炸模型在狀況特征設置上主要包含4種情況，即燃燒中爆炸、鏈鎖爆炸、爆炸后繼續(xù)燃燒、爆炸后不燃燒。而爆炸行為的發(fā)生，需要依賴大量的參數(shù)［5］：爆炸相對位置、環(huán)境壓力、爆炸物質組成和物理特性、引燃源特性、周圍環(huán)境的幾何特性、可燃物質的泄漏速率等。可見，艦船爆炸模型的建立是一個比較復雜的仿真過程，在艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)中，爆炸呈現(xiàn)的過程態(tài)勢和爆炸后產(chǎn)生的破壞效果是關注的重點，所以爆炸模型的構建應當著重于爆炸特征模型和爆炸破壞模型。關于爆炸模型的研究，江蘇科技大學對海洋平臺艙室結構內(nèi)部密閉空間內(nèi)油氣爆炸沖擊載荷作用下變形和破壞的情況進行數(shù)值模擬，解放軍后勤工程學院開發(fā)的虛擬油庫火災消防模擬訓練系統(tǒng)中運用油罐火災消防工程模型也對受限空間內(nèi)油氣爆炸進行了一些模擬和研究［6，7］。

3.2.3 消防過程與動態(tài)控制

消防過程與動態(tài)控制是指參與到虛擬消防系統(tǒng)的虛擬人通過使用船內(nèi)虛擬消防裝備、器材或工具對虛擬火災進行控制后，火災在受到人為干預下的狀態(tài)場景，展現(xiàn)火災受控時的動態(tài)變化過程。對火災的虛擬消防過程模擬的主要內(nèi)容，是進行虛擬滅火動態(tài)過程設計。虛擬人通過拾取虛擬滅火裝置或使用虛擬消防裝備，對虛擬火場施以一定的影響，直至實現(xiàn)滅火效果。滅火效果的實現(xiàn)，首先判斷當“滅火裝備在有效范圍內(nèi)”且“滅火設備已經(jīng)啟動”兩個標志量均為真值時（通過軟件檢測控制參量，若判定為“超出有效范圍”或“滅火設備未啟動”，則滅火行為不發(fā)生），將虛擬火和煙氣的參數(shù)中粒子的點密度減小，直至零或低于某很小閥值，從而實現(xiàn)虛擬火撲滅的動態(tài)過程和滅火效果。如使用虛擬滅火器滅火，是通過操作數(shù)據(jù)手套來拾取滅火器，移動到距火源有效的距離范圍內(nèi)，用數(shù)據(jù)手套的大拇指下壓動作實現(xiàn)開關的啟動，從而發(fā)生滅火器滅火的行為；艦船虛擬自動消防水噴淋系統(tǒng)滅火的實現(xiàn)，可通過在虛擬艙室內(nèi)設置水噴淋頭和火焰探測器，由火焰探測器自動檢測起火點的位置并進行監(jiān)測，火源位置的檢測值決定對距離火源最近的水噴淋頭有效性的選擇，只要火焰高度或煙氣密度達到設定閾值，虛擬水噴淋系統(tǒng)就會自動開啟，撲滅火點［2］。虛擬消防過程和場景的控制，需要添加一定的火災特效來實現(xiàn)環(huán)境的逼真，并能支持加入虛擬人進行滅火救援。

1）火災現(xiàn)場的特效場景

滅火救援視景仿真中大量的特殊效果，特別是煙塵、火、爆炸、水流等的實現(xiàn)能夠大幅度提高滅火救援視景仿真的逼真度。對特效的模擬可以借助粒子系統(tǒng)從粗到細、從簡到繁逐步實現(xiàn)。如MultiGen－Paradigm公司開發(fā)的Vega中實現(xiàn)特效有3個層次的方法：通過特效模塊中系統(tǒng)定義的典型特殊效果（如煙霧、火焰、爆炸等），直接調(diào)用添加到虛擬場景中實現(xiàn)多種簡單的位置、大小改變等效果；通過特效模塊中自定義粒子系統(tǒng)的粒子運動參數(shù)設置，實現(xiàn)固定模型的特殊效果；通過回調(diào)函數(shù)機制和OpenGL代碼實現(xiàn)完全的自定義粒子系統(tǒng)，可控性好、能產(chǎn)生更加逼真的特效效果。

2）虛擬消防人員的加入

滅火救援過程中的消防指戰(zhàn)員是實施消防的主體，現(xiàn)場同時也可能存在各種被救對象。逼真的消防場景需要虛擬人的加入，虛擬消防員和被救對象作為人的因素加入場景對于真實表現(xiàn)滅火救援場景、提高場景仿真度具有重要意義。隨著虛擬現(xiàn)實軟硬件技術的高速發(fā)展，國內(nèi)外在三維虛擬人運動及顯示技術方面都開發(fā)了一些比較實用的系統(tǒng)。如由美國波士頓Dynamics公司研究開發(fā)的DI－Guy系統(tǒng)就可以利用其API、C＋＋和Vega來在實時虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中創(chuàng)建和嵌入三維虛擬人員并控制其行為動作。虛擬消防系統(tǒng)是對人體模型逼真度要求較高的領域。中國人民武裝警察部隊學院對該系統(tǒng)進行了二次開發(fā)，構建了具有中國人特點的國內(nèi)消防隊員及其戰(zhàn)術行為動作，較好地實現(xiàn)了在滅火救援場景的視景仿真中加入虛擬人［］。

3.2.4 人員疏散模型

船舶發(fā)生火災后，在船員實施滅火救援之前，需要在較短時間內(nèi)將船內(nèi)災害區(qū)域的人員緊急疏散到安全地帶。當虛擬火災發(fā)生時，虛擬系統(tǒng)中的火災探測和報警系統(tǒng)發(fā)出火災信號，虛擬疏散引導系統(tǒng)自動生成疏散路線導引信息，并在對應的虛擬艙室內(nèi)產(chǎn)生導引提示，引導虛擬群體疏散逃生。而處于災害環(huán)境中的人員會出現(xiàn)一定程度的恐慌，會因大量人員群體急于逃生而形成一定的擁擠和無序行為，且這種因恐慌形成的盲目擁擠和無序會隨災害環(huán)境狀況的持續(xù)和變壞而驟然加重。因此，艦船虛擬消防系統(tǒng)中的應急疏散仿真模型可采用群體行為建模技術，將實現(xiàn)對災害環(huán)境下人員群體的緊急疏散模擬和分析，生成疏散策略圖。

對于群體行為建模的方法，主要分為基于物理學粒子系統(tǒng)和動力學系統(tǒng)的方法及基于Agent的方法兩大類，基于Agent的方法又可分為基于人工生命的建模方法與基于高級智能行為的認知學方法［9］。物理學方法能夠真實再現(xiàn)無生命的粒子群行為特征，適合建立運動規(guī)律較強、在外界條件約束下智能行為較低的群體行為模型，如恐慌條件下的疏散人群、車站的人流等；認知學方法適合模擬靈活性較高、需要充分體現(xiàn)高級智能的人群群體行為模型，但受限于傳統(tǒng)人工智能技術，實現(xiàn)難度非常大；人工生命方法的理論基礎是人工生命和行為人工智能技術，是仿真模擬較大群體行為的主流方法。目前的人群緊急疏散仿真模型主要可分成兩類：以元胞自動機模型（Cellular Automata Model）為代表的離散仿真模型和以社會力量模型（Social Force Model）為代表的連續(xù)仿真模型。

人員是否安全疏散由人群疏散評估模型［10］得到，其判據(jù)設置為“可用安全疏散時間（ASET）”是否大于“必需安全疏散時間（RSET）”。參照火災風險評估中Togawa經(jīng)驗公式，可以計算艙室中人員疏散到外層甲板或船外安全地帶的時間Tout：

其中：C表示通過安全出口的疏散能力，即單位流量，一般取1～1.2；Na表示火災區(qū)域內(nèi)的疏散總人數(shù)；Weff表示疏散出口的總有效寬度，即船艙對外甲板出口的總寬度；Vr是人員運動速度；Lmin為人員到出口的最短距離。

3.2.5 決策與評估模型

虛擬消防中的決策與評估，是計算機通過從底層提取虛擬災害程度、人員疏散模型、消防實施和效果等關鍵數(shù)據(jù)，生成體現(xiàn)災害狀況及開展滅火救援行動的綜合信息，通過人機交互界面動態(tài)展現(xiàn)消防狀況。決策與評估模型包括火災損失評測與消防效果和消防作戰(zhàn)評定、消防決策指揮輔助和消防作戰(zhàn)方案（預案）生成。

1）火災損失預測與消防效果評定。船體損傷可根據(jù)災害場景模型的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行計算；人員傷亡以人員疏散模型計算的艙室疏散情況和虛擬人救援狀況進行預測，并可以對在不同時間點火災可能導致的損失進行評估；直接財產(chǎn)損失包括船體損傷、構筑物和設備損毀及其他財物的損失，具體計算時按損毀實物價值折現(xiàn)進行計算。根據(jù)人員傷亡和實物損失的整體情況，系統(tǒng)生成對消防效果的綜合評定 （具體實現(xiàn)可采用受損項目的損傷狀態(tài)值與預設等級值比較，得到對受損項目狀況評估）。作戰(zhàn)訓練的成績評定，采取消防效果指標參數(shù)和作戰(zhàn)訓練體系指標參數(shù)相結合的方法，生成綜合評定消防作戰(zhàn)的訓練成績等級。

2）消防指揮輔助決策。將災害模型、人員疏散模型、火災損失預測等數(shù)據(jù)和信息，與災害定位、消防和疏散路徑優(yōu)化、消防力量調(diào)度和管理以及應急決策等指揮方式相融合，快速確定火災蔓延范圍、滅火援救與疏散方案、消防力量使用，輔助消防指揮員和隊員對火災情況處理、疏散和滅火救援分析、消防指揮調(diào)度及控制顯示等，提高從起火到疏散到滅火撲救過程的效率，從而增強消防決策指揮的水平和整體作戰(zhàn)能力。輔助決策主要包括：災害位置快速定位、艙室環(huán)境快速分析、救援力量的自動生成、疏散和救援路線等智能優(yōu)化、作戰(zhàn)指揮方案的標繪等［10］。

3）消防作戰(zhàn)方案（預案）生成。利用模型庫提供的虛擬災害信息，確定消防和救援力量、消防裝備和方法選擇、滅火和控制措施、醫(yī)療救護的調(diào)配，基于輔助決策信息實施動態(tài)調(diào)整，根據(jù)火災事故的類型和等級、火災發(fā)生的時間和地點、撲救條件、事故現(xiàn)場信息以及艙室通行狀況等生成該階段的滅火救援和疏散方案，通過文字、聲音和圖像進行多媒體展示。

4 結論與展望

將虛擬現(xiàn)實技術應用于艦船消防領域，具有數(shù)據(jù)直觀、貼近實際、模擬靈活便利和費用消耗相對較小等優(yōu)點，對于指導艦船消防訓練、輔助船舶火災評估和研究船舶安全工程設計具有極為重大的現(xiàn)實意義。隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展和火災科學研究的深入，艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)將不斷完善，系統(tǒng)的沉浸性、實時性和交互性將不斷提高。當然，虛擬消防系統(tǒng)還有很多消防專業(yè)技術層面的問題有待研究，如船舶火災與滅火模型、滅火機理、滅火干預下火災發(fā)展與可視化等的實現(xiàn)問題。艦船虛擬消防訓練系統(tǒng)的技術難點主要在于兩個方面，即虛擬現(xiàn)實技術本身的不完善和各類復雜仿真模型的建立。虛擬現(xiàn)實技術本身的完善取決于軟、硬件技術狀況及虛擬系統(tǒng)的配置選擇；考慮到虛擬環(huán)境的逼真性，各類復雜模型要能夠真實或者貼近真實地反映對象的狀況，就需要建立結構和功能具有較高精細度的模型，反映在計算機中就是龐大的數(shù)據(jù)體系，而當系統(tǒng)硬件性能受限時，龐大的模型數(shù)據(jù)就會影響處理速度，它將使系統(tǒng)的實時性受到影響，它的解決仍舊要依賴虛擬現(xiàn)實硬件技術的完善。

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Research of the Virtual Ship Fire-fighting Training System Architecture Based on Virtual Reality Technique

Chang Zhuang1Qiu Jin－shui1Zhang Xiu－shan2
1 College of Naval Architecture and Power，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China 2 College of Electronic Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

Warship fire－fighting training in building is less severe and less effective，thus less accurate to evaluate firemen＇s capability of handling the fire disaster and less supportive to decision－making.The Virtual Warship Fire－fighting Training System（VWFTS）based on virtual reality technique will lead to a better solution for the fidelity of simulation and efficiency of training by introducing models of environment，disaster and training tactic etc.VWFTS will bring a dependable approach for disaster simulating，firefight training，and evaluation and decision－making.This paper presents the application of virtual reality technique to firefighting onboard，discussion of the framework of the VWFTS，and research of the five bottom models and their developments.

Virtual Reality technique；warship；fire－fighting training；architecture

U664.88

A

1673－3185（2009）03－56－06

2009-02-16

常 壯（1982－），男，碩士研究生。研究方向：艦艇安全技術。E-mail：joanahwf@hotmail.com

邱金水（1963－），男，副教授，碩士生導師。研究方向：艦艇安全技術。

張秀山（1968－），男，副教授，碩士生導師。研究方向：虛擬現(xiàn)實技術。