关于利用虚拟现实技术建立“地震救援技术虚拟训练系统”的几点思考

褚鑫杰

VR技术（虚拟现实）是继大数据之后又一个热门技术名词，VR技术在一些科技巨头的带动下已经成为了当今最受关注的前沿科技之一。其实这种技术由来已久，早在20世纪80年代就有人提出。VR技术本质上是一种人机交互手段，通过综合利用计算机图形系统和最新的传感器技术，通过计算机的计算能力生成具有可交互并具有强沉浸感觉的三维环境。当前，由于传感器技术的不断创新和人们对沉浸式体验的需求不断扩大，VR技术正逐步与游戏、电影、医疗、教育培训、电商等行业进行深度融合。

湖北省地震局在组织“地震救援第一响应人培训”时，因为“模拟废墟场址难找”、“有关救援设备和训练材料搬运不便”等问题，尝试开发了“VR虚拟现实第一响应人培训APP”，期望增加受训人员的现场感。当然，由于经费等方面的限制，该APP仅仅是工作流程和简单的经验方面的操作训练，仅仅能增加比较粗糙的“现场感”，基本未涉及专业器材方面的实操训练。

在软件开发过程中，笔者通过与有关VR开发企业的接触和探讨，形成了建立“地震救援技术虚拟训练系统”的几点思考，现分享如下：

1 虚拟现实技术在地震救援训练行业大有可为

VR技术正逐步与游戏、电影、医疗、教育培训、电商等行业进行深度融合，并逐步进入大国领袖视野：2015年9月23日，习近平参观美国微软公司总部。在微软公司前瞻技术展示中心，工程师向习近平夫妇展示了3D“全息眼镜”设计摩托车造型和美国气象数据可视化系统，以及中国公司运用微软技术生产的生态系统硬件产品1。

1.1 “虚拟现实训练”在一些尖端领域所占比重已经超过或者正在超过“实际训练”

在一些真实操作成本很大或者比较危险的领域，不可能让初学者直接进入真实训练，这些领域，“虚拟现实训练”就是必须的，而且是占据绝大多数训练时间的，比如航天员的训练、飞行员的训练，都是虚拟机训练占据绝大多数训练时间。近些年来，虚拟训练的重心逐步在下移，在一些以往传统训练方式占主导地位、更注重实操经验的行业，虚拟训练也逐步发展起来，并且更多地采用了“比较流行”的VR技术，比如汽车驾驶训练、医疗手术训练等。笔者所接触的VR开发企业，就曾参与武汉有关医疗机构的“医疗体感手套和显微手术训练系统”的开发。

1.2 地震救援的危险性和损耗性，决定了“虚拟现实训练”在未来救援技术训练中所占比重必定会大幅提高

不管是破拆工具也好，攀爬训练也好，都不是初学者在短期内就能熟练掌握的，这些专业设备的损耗和钢筋水泥木材等训练材料的损耗也是一笔不小的开支，至于模拟“废墟”，不管是从拆迁现场找的“临时废墟”还是专门搭建的“模拟废墟”，都与人们通常接触的环境大不相同，也存在损耗性和危险性。

正因为要考虑危险性和消耗性，我们当前地震救援训练的主要模式是“骨干培训”，也就是“从消防、武警等具备一定实际操作能力的队伍中选择精干力量进行培训”。 这种“耳口相传”的人工教学方式，对专业场地、专业教官、专业设备的依赖性极大，一些救援实践经验都存在于教官和少数专业救援人员的头脑中，经验汇总和理论化不足，这必然会拖慢地震救援技术的整体提高进度。而一旦形成成熟的“虚拟现实训练”体系，场地、器材、消耗、安全性等对训练的束缚将大大缩小，就能快速培训出大批“准骨干”队伍，实际的骨干培训周期也可相应缩短，就能快速提高队伍的整体水平。

1.3 虚拟现实技术比较容易保留和再现地震现场的震撼场景和惨烈感受，从而为救援训练提供配套的心理环境

救援技术不仅仅是体能技术和器械操作技术，还有对救援场地的认识和抵御各种负面情绪的技能。汶川大地震中，有的救援官兵在参与地震救援前，“会克制住自己的恐惧，第一时间冲上去救人”，但在参加地震救援后，产生了“创伤后应激障碍”，“哪怕只是听到哪里发生了事故，都无法去想”。但是没有经历地震现场，仅仅凭借语言描述或者通常的视频观看，难以产生代入感，也难以营造出情绪冲击的环境。在这方面，地震遗址的作用就会充分体现出来，身处地震遗址，能让人清晰地体会到自然的伟力、地震灾害的惨烈和地震灾害破坏的特点，从而锻炼出心理防御能力。

但是，相对于其他灾害，需要救援的地震灾害发生频次不高，本身地震现场就有限，且大多数的地震现场不可能长久保存（救援时会对现场进行破坏，灾区重建时更会彻底破坏），只有极少数地震现场会以“遗址”的形式保留下来。所以即使是专业的救援队员，也不一定每个人都有机会接触真实的地震现场或者地震遗址。

一些地震救援培训基地中的“模拟废墟”可以部分地替代地震现场，产生一定的代入感，但其缺陷一是规模较小（一般只有1到2个类型的废墟），震撼力和代入感都略有不足，二是成本高、建设周期长、容纳能力小，难以满足大规模培训的要求。以上种种，都阻碍了应急救援技术的传播和成长，不利于应急救援工作的展开。

“虚拟现实技术”与地震遗址和救援培训基地中的“模拟废墟”具有很好的互补性，通过无人机航拍、鱼眼相机等技术，可以很方便地把历次地震现场“立体的”永久存储下来，并通过“虚拟现实”全景式地展现在救援队员眼前，提高代入感、增强震撼力，让他们直观地感受到不同层级的地震灾害，形成天然的现场判断和处置直觉。

1.4 “虚拟现实”在国内外应急救援的应用现状

在更早一点，“VR”这个词语尚未流行的时候，大家更喜欢称虚拟世界为“虚拟仿真”而不是“虚拟现实”，例如2009年，中国地震应急搜救中心在国家发改委、国务院应急办、中国地震局等部门的支持下，先后开发了“地震救援虚拟仿真想定编辑系统”、“地震现场指挥决策训练系统”、“指挥员训练虚拟仿真系统”、“救援队员单兵训练虚拟仿真系统”等四大系统。在煤矿应急救援领域，也已经有了“煤矿应急救援仿真演练系统”，而“中国政府采购网”上，也可查到“江苏省安全生产应急救援虚拟仿真演练系统”的公开招标采购公告。但是不知何故，上述这些系统均未在专门的救援队伍中推广开来，仍然属于少数传统基地的一部分，没有发挥新技术易于推广的优势，个人认为与其 “精英路线”的思路有关，过于求全，没有考虑易于推广的“简化版本”。

2 “地震救援技术虚拟训练系统”和传统的“地震救援专业训练基地”优缺点对比

2.1 “地震救援技术虚拟训练系统”的优点

对比“地震救援技术虚拟训练系统”（以下简称“虚拟训练系统”）和传统的“地震救援专业训练基地”，“地震救援技术虚拟训练系统”主要具有以下优点：1)、建设费用少、建设周期短、容易快速推广，在“虚拟训练系统”中，废墟、斜楼、狭小空间，都可以采用相应虚拟技术重现出来，不必建设大规模基建工程；2)、维护费用少，在“虚拟训练系统”中，被切割的“水泥块”、“木块”不会发生实际损耗，“液压剪”、“无齿锯”也都是为了配合手感和虚拟世界的模型，大大降低“损耗率”；3)、更加安全，在“虚拟训练系统”中，环境、流程和结论都是设定好的，不会出现真正的高空坠落、碎石伤人，大大减少意外事件的发生；4)、减少教官负担，在“虚拟训练系统”中，教学重点已经被内化到人机互动环节，系统本身自带“虚拟教官”功能；5)、外围场景变化组合方式更多，在真实地震救援过程中通过鱼眼镜头或者其他捕捉设备捕捉的全景视频和全景图片，将完美地在“虚拟训练系统”中向后来者展示。

2.2 “地震救援技术虚拟训练系统”的缺点

当然，“虚拟训练系统”缺点也很明显：1)、前期研发费用较高，不管是侦检技术、支护技术还是破拆技术，每一个大类的技术都有若干核心装备需要内化到“虚拟训练系统”中去，比如生命探测仪、液压剪、无齿锯、攀爬绳索甚至斜楼等等，都需要在触觉和本体觉上下功夫，以便和虚拟世界中的视觉和听觉相匹配，相当于要开发很多种“新设备”；2)、真实感有缺陷，在多人配合、不同种类技术切换等方面不可能像真实基地训练一样流畅；3)、从一项核心技术训练转向另一项核心技术训练较为麻烦，在真实训练基地从绳索攀爬到目的空间展开救援的过程，在“虚拟训练系统”可能得“换好几次房间”（分离成不同的训练科目）。基于以上缺点，“虚拟训练系统”仅仅是对快速推广和对初学者的适应训练和巩固训练有绝对优势，对真正的骨干训练还是得依靠真实的训练基地，“虚拟训练系统”对我们现有的训练基地和教官体系不会造成冲击。

3 充分认识专业部门在“地震救援技术虚拟训练系统”建设方面的优势

3.1 VR技术服务企业无法掌握地震救援领域的“虚实结合”和“人机互动”的节点

VR技术是一种成熟的通用技术，“虚拟现实软件公司”的核心技术主要是虚拟场景构建、“虚拟设备”研发，如果没有专业的培训经验和救援经验，他们没有办法掌握地震救援虚拟训练的“虚实结合点”和“人机互动节点”。

根据笔者接触的几家“虚拟现实软件公司”来看，这些公司的核心人才集中在传统的科普布展、动漫、互动设备等行业，应用的都是一些成熟的产品和模式（VR头盔、一体机、定位器、体感手套等等）。每一类不同行业的“虚拟训练系统”，其“虚实结合点”、“人机互动节点”以及训练重点、画面感觉、训练成果考核方式都是千差万别的，“虚拟训练系统”的开发过程，其实也就是工作经验和训练经验的梳理过程，是“训练”这个层次上的信息化。这个层次的信息化，必须由“经验提供方”（或者“内容提供方”）来完成，软件公司只是提供技术支持的角色。

3.2 有关专业部门和专业培训基地在“技术全面性”和“人才集中性”方面具有优势

中国地震应急搜救中心、“兰州国家陆地搜寻与救护基地”等专业培训基地以及省级地震部门现场工作队的工作人员，即使不属救援队员序列的普通工作人员，接触地震现场的平均概率也大于非地震专业的普通救援队员。对于“地震现场是什么样的”、“多大的地震会出现什么样的社会问题”这些方面，天然会具有一些思考和感性认识，地震救援和有关经验会更加广泛和充足。

特别是其中的中国地震应急搜救中心、“兰州国家陆地搜寻与救护基地”等专业培训基地，由于长期从事地震灾后的实际救援和地震救援训练，培养了大批地震救援训练教官，积累了大量地震救援训练经验，也建设了国内最重要的几处地震救援专业训练基地。他们对于训练的难点、大部分受训者可能会出现的受训反应，以及实战场景，都比较熟悉，有条件将这些重点问题整合到“虚拟世界”中去，并带给人真实的感受。

3.3 虚拟仿真技术在在地震应急救援培训的应用已经有了较为深厚的基础

如前所述，中国地震应急搜救中心已于2009年开发了“地震救援虚拟仿真想定编辑系统”、“地震现场指挥决策训练系统”、“指挥员训练虚拟仿真系统”、“救援队员单兵训练虚拟仿真系统”等四大系统，并对“场景渲染”（仿真想定）、“救援指挥流程”、“数据头盔”、“数据手套”甚至部分“虚拟设备”都有开发经验并形成了可用的成果。这些经验和成果，可以使后续的完善开发少走弯路，并为快速推广奠定了基础。

4 “地震救援技术虚拟训练系统”建设的几点建议：

4.1 制定规划，分步分类实施

因为不同的救援科目，比如支护和破拆，所需要的技能差别较大，训练难点也大不相同，不可能通过同一套核心设备实现虚拟训练，即使是同一个科目中的不同核心设备也要分步进行“虚拟化”。因此，我们必须清醒地认识到，“地震救援技术虚拟训练系统”的建立，是一个长期的过程，甚至和地震系统其他方面的“信息化”一样，是一个不断更新的过程。

4.2 树立快速推广和迭代开发的思路，为快速提升救援战斗力服务

应该改变过去“求大求全、尽善尽美”的思路，尽快盘活已有的技术基础和人才基础，按照面向指挥人员、救援队员和社会公众不同受众，改造出不同版本的软件。既要有配合服务于专门训练基地的PC版或者服务器版，也要有适合随时体验的手机版，通过迭代开发、小步快走的方式不断更新完善，在迭代的过程中收集受众的反应和救援人员的建议，不断增强现有权威救援理念和救援经验的推广度和操作性。

4.3 提前谋划知识产权保护

在真实的训练体系中，由于基建体量大、复制难度高、技术要领分散、市场利润低（主要体现社会效益），地震系统所掌握的地震救援训练体系和技术方面的优势难以被取代。与真实训练体系不同，“地震救援技术虚拟训练系统”一旦完成甚至只需要“部分完成”，有关经验就已经内化到系统中去了，而且可以轻易复制、快速推广并带来经济效益（对消费者而言时间成本低且能同时满足猎奇和安全的需要），很有可能遭遇“盗版”和侵权，需要提前谋划知识产权保护。建议：1)、不同类别的训练系统交由不同的市场开发主体或者同一主体的不同团队开发，尽可能实现对“经验-软件互动创新点”的知识产权保护；2)、对于有关规划、合同、文案、直至验收材料，要注意做好保密和知识产权保护措施；3)、堵不如疏，重视公众体验版本或者接口的设计，把第一响应人培训、防震减灾宣传等资源统筹起来，实现社会影响力的最大化；4)、最终形成相关标准。

4.4 虚拟训练场地与实际训练场地相结合

利用“虚拟训练系统”推广快的优势，在全国各省级专业救援队伍快速部署“虚拟训练基地”，并通过“虚拟基地”带动“实体训练基地”的增加。在已有的“实体训练基地”训练科目中增加“虚拟训练系统”的使用，形成“虚实相长”的局面。

5 结语

正如著名财经作家吴晓波在《遇见未来——21种正在改变世界的神奇科技》一书中所作序言，“新的技术工具革命重构了一切生活和价值，而在未来，这种重构将会加速进行”，我们的地震救援训练也应当尽快和包括VR在内的新科技融合，适应科技的“重构力量”，尽快形成影响力，与救援队员和“潜在救援队员”（如志愿者和社会公众）形成同频共振，提升全社会应对地震灾害的能力。