根据美国联邦紧急事务管理局 (FEMA) 的数据，1987 年至 2001 年间，美国各地建筑物火灾的发生率下降了 31%。这种下降的直接结果意味着我们的消防员的消防经验减少。随着经验丰富的消防员退休，他们被经验相对不足的人员取代。这种情况要求采用最佳的训练技术。可视化和模拟技术正快速成熟，并为增强当前的训练计划提供了巨大的潜力。

利用当今的可视化技术，训练模拟器可以真实地再现真实世界的环境。真实世界设施、建筑物和区域的模型可以非常细致地渲染。此外，PC 和笔记本电脑的计算性能改进使其成为实用且廉价的部署平台。这些训练技术也很容易被通常以视频游戏为乐的当代和下一代消防员所采纳。由于消防紧急情况训练固有的危险性，人们希望这些新兴的可视化技术能够增强当前的训练技术，并使消防员更好地为紧急情况做好准备。

纽约市消防局 (NYFD) 最近在曼哈顿附近的兰德尔岛 (RI) 的训练基地扩建了一个耗资数百万美元的扩建部分。该设施是一个街区，再现了五个行政区中典型的建筑。建筑物包括褐砂石建筑、廉租公寓、披萨店和汽车零件商店。2003 年 9 月，海军水下作战中心 (NUWC) 的一个团队受邀参观该设施并拍照，以便他们稍后可以为为 NYFD 开发的模型创建纹理。

图 1. 兰德尔岛的 NYFD 训练设施

图 2. RI 设施模型，披萨店的厨房火灾

NYFD 的建筑承包商以 CAD 图纸的形式提供了建筑物的建筑平面图。下一步是使用 Multigen Paradigm 的 Creator 软件包根据平面图对建筑物进行建模。最后，通过使用数码照片对模型进行纹理贴图来完成模型。这个过程大约花了四个星期。

这种方法可以应用于任何建筑，从建筑物到车辆。这项技术的当前计划包括创建具有战略重要性的目标模型，用于对急救人员进行高级培训。此外，NUWC 计划将这项技术应用于未来海军架构的指挥和控制中心功能的测试和评估（图 3）。

图 3. 前美国海军“沙德韦尔”号上的走廊，这是一艘退役的美国海军舰艇，用作损害控制研究设施。

用于控制环境的底层软件是对我在海军研究实验室工作期间为我的论文研究工作所做工作的修改。在 Rob King 的帮助下，我们创建了手势界面，用于在真实的 3D 合成环境中导航。使用这种方法，导航是通过指向用户想要行进的方向并按下按钮来移动来完成的。导航算法是加速的，这意味着用户按住前进按钮的时间越长，用户在环境中移动的速度就越快。

图形由适用于 Linux 的 SGI Performer 3.0.1 场景图处理。Performer 是一个基于 OpenGL 图形库的成熟场景图，它为 Linux 用户提供了可靠的性能。保留各种显示选项非常重要，因为我们希望能够部署一个原型系统，该系统可以在立体和单视模式下以及在多个显示设备上使用。

该软件使用经过修改的 Dell Precision 340 进行演示。该系统是一台运行频率为 1.8GHz 的 Intel Pentium 4 处理器，配备 512MB 内存和三张显卡。视频子系统包括一张 NVIDIA NV20 (GeForce 3/64Mb) AGP 显卡和两张 NVIDIA NV17 (GeForce 4 MX 440/64Mb) PCI 显卡。该系统运行的是 Red Hat 9 的标准安装。

该软件还在索尼 VAIO 笔记本电脑上进行了演示，该笔记本电脑由运行频率为 2.6GHz 的 Intel Pentium 4 处理器、512MB 内存和 ATI RADEON IGP 显卡驱动。该平台的目的是演示图形选项的灵活性。

除了图形和显示器外，我们在手势界面中使用了 Polhemus 磁跟踪系统作为鼠标界面的替代方案。Logitech Wingman 操纵杆经过重新设计，用作手势输入设备。图 4 显示了操纵杆的内部。跟踪传感器嵌入在操纵杆的握把中。通过重新映射标准串行鼠标并将它们连接到操纵杆内的按钮来实现与计算机的通信。计算机将操纵杆按钮按下解释为鼠标点击。

图 4. 添加了跟踪传感器的 Logitech Wingman 操纵杆

随着测试的进行，我们希望这些可视化和模拟技术能够帮助满足军事和民用应急响应团队不断扩大的培训需求。此有限原型的应用包括为救援人员进行岗前实习演练，以及为不熟悉环境的工作人员进行导航培训。

该软件的未来计划和升级更具雄心。该系统的一个用途是作为情景驱动的教室/消防站培训器。它将包括讲师引导或预先配置的场景，其中培训师对学员/学生的输入做出反应并相应地调整场景。这将得到基于物理的火/烟/热等建模的支持。与原型一样，该软件的未来迭代版本将以各种显示配置提供，从大型/多屏幕教室到 PC 和笔记本电脑。

除了情景驱动的培训外，该软件还计划成为演习后汇报工具。学员在训练环境（例如兰德尔岛或燃烧建筑物）中的位置可以在训练演习期间的任何时间进行跟踪。培训师可以重放训练事件，显示参与者在给定时间的位置。计划的功能包括分屏显示，可以显示参与者在演习期间的个人视点以及鸟瞰图。

作者要感谢海军水下作战中心的 Jim Pollock 先生为该项目提供资金，感谢 NYFD 的 Stephan Hitman 博士为提供后勤支持和资源，感谢海军研究实验室的 Larry Rosenblum 博士允许使用前美国海军“沙德韦尔”号模型。

本文资源： /article/7499。