虚拟现实技术模拟演习项目的可行性研究

彭辉华

（大理学院艺术学院 云南 大理 671003）

虚拟现实技术模拟演习项目的可行性研究

彭辉华

（大理学院艺术学院 云南 大理 671003）

一般来说，进行模拟演习是为了考验这个地区对突发性事件的应急能力和素质。但是在演习过程中，现场的观摩者离事发地太近就会有不安全的因素，离得太远又不能很好的进行观测，由于要考虑到观看者在观看整个演习过程的完整性，又要照顾到观看者与事故发生地点的安全距离，于是应该考虑一种安全有效的方法来观摩以辅助该项目的有效进行。

虚拟现实技术；模拟演习；三维动画技术

将场景利用虚拟现实技术在视觉中呈现，具有省资源、高效率等特点，以及多维性、假定性和易修改性的优势，因此越来越多的行业应用该技术解决一系列现实生活中无法实现或者有难度实现的项目,最近几年，该技术在美国、英国、日本等等发达的国家中得到了飞速发展、并展示了出广阔的应用前景[1]。实现虚拟现实技术中强劲的佼佼者当属现下流行的一些列的三维动画制作软件，如3DMAX、MAYA等。

从国外研究现状上来看，虚拟现实技术不仅应用于火灾应急响应虚拟演习平台的开发中，而且国际上已开发出多个虚拟演习软件系统，并已成功应用于实际，比如美国应急响应方面针对不同突发事件，面向特定人群进行虚拟应急响应演习研究，在面向爆炸、火灾、毒气扩散及地震等突发灾害在城市规划、虚拟演习及培训方面展开了大量研究工作并开发了相应的虚拟演习系统[2]。

在我国，至上个世纪80年代电脑绘画才开始起步，直至九十年代以后，数字艺术才在《中国美术年鉴》一书中开拓独立的一章。而且，我国的三维动画的应用软件和使用技术主要来源于国外。因此，这项技术的发展，相对来说，与国际水平一定的差距，但这些问题己经引起相关部门的注意。

近年来，利用三维动画技术的虚拟现实研究在其他行业中运用得愈来愈广泛。

比如：中国的建筑动画市场，因为建筑业的兴旺发展而逐步迈向成熟，利用三维计算机动画技术制作的建筑动画正成为了辅助房地产商们销售宣传的有力武器；中国峡江水利水电工程中的应用中，通过三维动画技术，结合该水利枢纽等工程设计的实际需求和工程的特点，对峡江水利枢纽工程的枢纽布置、建筑物形态等进行全方位的展示，弥补了以往水利水电工程设计方案表现手段的不足，使水利水电工程在设计过程中就能以三维动画的形式直观、全面反映出来[3]；在中央广播电视大学开设课程《化工原理》的讲授中,同样用到了计算机仿真动画这样前沿的方式作为教学手段，提升教学质量[4]；在火山景观地质研究中利用3D MAX软件对长白山火山形成过程行地质景观成因的动态实现和逼真的视觉仿真效果的动态模拟[5]。

由此可见，不管使用哪种研究方法研究虚拟现实，计算机的三维模拟制作都是其中的一个重要组成部分。

根据化工演习的特点和场地考察，需要模拟一下几个部分：

1）模型的特殊性：厂房与外露设备间的管道管道错综复杂，因此细节表现尤为重要，单模型大多属于结构简单外形规整的模型。

2）烟雾模拟：厂区内气雾弥漫，有一种神秘的意境，为了在动画场景中保持这份意境，对烟柱排放废气的真实再现模拟是必须要做的。

3）管道、汽车爆炸特效模拟。

4）爆炸后化学制剂外泄燃烧特效。

国际上，在以下领域开发的相关软件预示着这一项目日后的发展趋势，比如：化学物品及有毒气体泄露 (侧重于规划设计)：CAMEO、CAPARS、COBRA、CONTAMW；灾害预测：CT-AnalystTM；虚拟演习工具：EpiCS、GAMMA-EC；火灾模拟：CFAST、JASMINE、FDS、FLUENT、SMARTFIRE、ALOFT-FT、SOLVENT；水灾模拟：FLDWAV、M2M；地震、飓风等自然灾害评估：CATS、CERRTS、CRISI、HAZUS、MIDGARD、NEES、NEHRP。不过虚拟演习一般都是根据不同突发事件的特点，而且面向特定人群展开[6]。

能实现这类项目的效果的制作软件数目繁多，既可以利用二维动画软件，比如：FLASH等等；三维动画软件，比如：MAYA、3D MAX等等；也可以利用实拍加后期制作软件AE等等，但是他们各自的软件都有各自侧重的优势，比如FLASH制作出来的动画现场感就不好了，MAYA表现现场感好了，可是耗时很慢，AE对于后期特效处理很有优势可是对于情节的表达相形见绌。

3D MAX制作模型和MAYA相比，它们在功能的操作上各有所长，Maya是由Alias/Wavefront公司在Power Animatio软件基础上开发的新一代三维软件，同时发布了SGI和PC版。它的NURBS建模功能最为强大，并且Maya的Artisa更为动画师提供了创造性的控制方式，使在电脑中的创作同传统的艺术创作过程非常近似，就象使用画笔和雕塑工具一样能自如地修改模型、选择控制点指定簇的权重等.达到了如同在计算机内揉捏造型的境界。3DS MAX拥有很多具有强大功能的建模方式，各种建模的插件更是为该软件熠熠生辉，同时3DS MAX制作起来界面和操作都非常的方便快捷，体现出很好的工作效率。同样的工作使用3DS MAX的速度要远快于MAYA，在建筑漫游这一块来说更为得心应手。

而根据这次虚拟演习项目的要求和表现重点来看，制作主要倾向于利用3DMAX软件实现演习全过程效果的制作方式的研究方法研究，研究的核心内容在于3DMAX软件的应用技术和特效表现技术方面。

分析需要模拟的部分，发现以上需要模拟的场景都是属于结构简单外形规整的模型，因此在场景模型搭建的过程中可以采用可采用3DMAX的多边形建模方式[7]。对于烟雾弥漫意境的表现AfterBurn 3.2这个插件能达到满意的效果。对于巴扎效果的模拟，可以应用3DDMAX将模拟爆破的模型分割，利用parray粒子阵列拾取，然后发射爆破。然绕特效可以利用凤凰火焰插件，模拟火焰燃烧的逼真效果。

利用以上各类特效制作，都可以应用三维动画技术将对象逼真模拟。

三维动画模拟演习技术具有多维性、假定性和易修改性的特点，作为一种辅助实现的手段，三维计算机动画技术自然而然的逐步渗入到许多行业的运用中，在军事演习、消防演习等实战演习活动中，利用三维动画技术能精确地模拟地区场景的三维模型，能非常真实地模拟爆炸、气雾泄露、水雾喷出等自然灾害的形态，直观地展现灾害事件的发生及蔓延过程和人员扑救的详细经过，使抽象的概念得以具像的表达，并利用夸张的艺术手法与形式去反映组织者的意图。此手段拟补了真实演习过程中场地局限原因引起的观测角度不全面的不足，并降低财产和人员伤害。使观摩者能更全面的了解活动的内容和目的，为组织者和参与者提供良好的交流。

综上所述，利用三维动画技术模拟演习项目是可以达到预期目标的有效技术手段。

［1］配电培训仿真系统的场景构建及设备展示研究[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士),2007（06).

［2］蒋波.基于数值仿真的地铁火灾应急响应虚拟演习平台的研究[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士),2007(06).

［3］孙文萍，陈静，张李荪.三维动画技术在峡江水利枢纽的应用与实现[J].江西水利科技，2008.

［4］李云倩.化工原理课教学中运用计算机仿真动画的体会[J].化工高等教育，1992（04）.

［5］李百寿,秦其明,邢立新,姚云军,叶霞.基于3DS MAX的火山地质景观三维建模与动态模拟研究[J].北京大学学报：自然科学版，2008：90.

［6］蒋波.基于数值仿真的地铁火灾应急响应虚拟演习平台的研究[D].中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士),2007(06).

［7］肖振萍.三维建模技术应用方法比较研究[J].数字技术与应用，2011（5）.

周天凤］