计算机模拟森林火灾扑救教学系统的开发思路

武警警种学院 赵志坚



计算机模拟森林火灾扑救教学系统的开发思路

武警警种学院 赵志坚

【摘要】用计算机模拟森林火灾和森林火灾的扑救是重要的森林灭火训练手段。计算机模拟森林火灾扑救教学系统应具备模拟林火行为、灭火装备和手段、灭火战术的功能。各主要功能模块的实现方法是开发森林火灾扑救教学系统的关键。

【关键词】计算机；森林火灾扑救；教学系统；功能模块

森林火灾扑救是我国专业森林灭火队伍的基本任务和职能。科学、专业的训练是提高专业森林灭火队伍森林火灾扑救能力的重要途径。但是现实生活中，我们很难再现森林火灾的现实场景，所以用计算机模拟森林火灾和森林火灾的扑救就成为极其重要的森林灭火训练手段。

目前，我国还没有一套成形的计算机模拟森林火灾扑救的教学系统。本文就此系统的应有功能及实现方法提供一些思路，仅供参考。

1 计算机模拟森林火灾扑救教学系统应具备的主要功能

1.1 模拟林火行为的功能

模拟林火行为是此教学系统的最基本、最核心的功能。现实中林火的蔓延方向、火焰高度、蔓延速度等受地形、植被、风向、风速、天气等因素的影响，所以系统应模拟地形、植被、风向、风速、天气等因素，使虚拟林火受这些因素的影响，在虚拟的森林中蔓延。林火行为与影响因素之间的函数关系模型是模拟林火行为的关键。

1.2 模拟各种森林灭火装备和手段的功能

扑救森林火灾是通过运用各种森林灭火装备和手段来实现的。系统应能够模拟各种森林灭火装备的特点和功能，如风力灭火机、灭火水枪、点火器、灭火弹和直升机等，进而模拟风力灭火、火攻灭火、直升机灭火、开设防火隔离带等灭火手段。同时，系统还应该模拟林火与各种森林灭火装备的相互作用。各种森林灭火装备的性能参数是进行系统开发时必须掌握的资料。

1.3 模拟各种森林灭火战术的功能

通过开发网络服务器和客户端程序，使学员扮演灭火指挥员和灭火战斗员等角色，进行协同灭火作战，模拟各种森林灭火战术的运用。这是系统的高级功能。

2 计算机模拟森林火灾扑救教学系统主要功能模块的实现方法

2.1 开发平台的选择

选择合适的系统开发平台，可以增强系统的功能，缩短系统的开发时间。目前，适合开发森林火灾扑救教学系统的平台很多，如等，其中，unity功能强大，具有跨平台功能，性价比较高，可以降低系统开发费用。

2.2 林火行为模块的实现方法

在无风，地势平坦、植被均匀的情况下，林火会大体蔓延成一个封闭的圆形。因此，可以考虑创建一定数量的模拟火焰和烟雾的粒子系统，以发火点为圆心，以一定的速度向四周移动，当相邻的两个粒子系统距离大于某数值时，产生一个新的粒子系统，以形成一条连续的火线。

（1）模拟地形对林火的影响。林火会随地势的起伏蔓延，坡度越陡，林火蔓延速度越快。因此，在虚拟的三维场景中，模拟火焰的粒子系统的高度坐标值要根据其所在地形上的位置的高度坐标值而变化，同时，根据林火蔓延速度与坡度的关系函数适时调整粒子系统的运动速度。

（2）模拟风向和风速对林火的影响。林火在顺风方向蔓延速度快，在逆风方向蔓延速度慢。而且随风速的增大蔓延的速度会加快。可以考虑用单位向量表示风向，而将风速作为系数与向量做标量乘法。将代表风向的向量和模拟林火的粒子系统的运动方向的向量相加，作为影响粒子系统运动速度的一个参数，模拟风对林火的影响。

（3）模拟植被对林火行为的影响。植被主要对林火的火焰高度有直接的影响。应根据不同植被条件下林火高度的历史记录，调整火焰粒子系统的粒子寿命，模拟火焰高度的变化。

2.3 灭火装备模块的实现

灭火装备在模拟森林火灾扑救教学系统中可以分为直接作用于林火的灭火装备和作用于植被的灭火装备。风力灭火机、灭火水枪、飞机洒水、灭火弹等就是直接作用于林火的灭火装备。在开发此类装备的模块时，主要考虑各装备可以直接扑灭的火焰高度值。当其发射的代表风、水或灭火颗粒物的粒子与火焰粒子碰撞时，减少火焰粒子寿命，降低火焰高度，直至火焰高度为零并销毁火焰粒子系统。考虑系统运行速度，可用简单的几何体碰撞代替粒子碰撞。开发点火器、油锯等作用于植被的灭火装备模块时，可将其作用的植被销毁，当火焰粒子系统不在植被碰撞体的内部时，降低火焰高度直至销毁粒子系统。

2.4 灭火战术模块的实现

森林灭火战术主要靠灭火指挥员的指挥，灭火战斗员的相互协作来完成的。因此，我们考虑开发基于服务器和客户端程序，使所有的学员都处于同一网络中，彼此互动。客户端只负责绘制画面和发送操作信息，服务器负责所有的逻辑判断然后将信息反馈给客户端。网络中的所有客户端间应该可以相互发送声音、文字等信息，以便协同动作，完成灭火战术的实现。