虛擬現實技術模擬演習項目的可行性研究

彭輝華

（大理學院藝術學院 云南 大理 671003）

虛擬現實技術模擬演習項目的可行性研究

彭輝華

（大理學院藝術學院 云南 大理 671003）

一般來說，進行模擬演習是為了考驗這個地區對突發性事件的應急能力和素質。但是在演習過程中，現場的觀摩者離事發地太近就會有不安全的因素，離得太遠又不能很好的進行觀測，由于要考慮到觀看者在觀看整個演習過程的完整性，又要照顧到觀看者與事故發生地點的安全距離，于是應該考慮一種安全有效的方法來觀摩以輔助該項目的有效進行。

虛擬現實技術；模擬演習；三維動畫技術

將場景利用虛擬現實技術在視覺中呈現，具有省資源、高效率等特點，以及多維性、假定性和易修改性的優勢，因此越來越多的行業應用該技術解決一系列現實生活中無法實現或者有難度實現的項目,最近幾年，該技術在美國、英國、日本等等發達的國家中得到了飛速發展、并展示了出廣闊的應用前景[1]。實現虛擬現實技術中強勁的佼佼者當屬現下流行的一些列的三維動畫制作軟件，如3DMAX、MAYA等。

從國外研究現狀上來看，虛擬現實技術不僅應用于火災應急響應虛擬演習平臺的開發中，而且國際上已開發出多個虛擬演習軟件系統，并已成功應用于實際，比如美國應急響應方面針對不同突發事件，面向特定人群進行虛擬應急響應演習研究，在面向爆炸、火災、毒氣擴散及地震等突發災害在城市規劃、虛擬演習及培訓方面展開了大量研究工作并開發了相應的虛擬演習系統[2]。

在我國，至上個世紀80年代電腦繪畫才開始起步，直至九十年代以后，數字藝術才在《中國美術年鑒》一書中開拓獨立的一章。而且，我國的三維動畫的應用軟件和使用技術主要來源于國外。因此，這項技術的發展，相對來說，與國際水平一定的差距，但這些問題己經引起相關部門的注意。

近年來，利用三維動畫技術的虛擬現實研究在其他行業中運用得愈來愈廣泛。

比如：中國的建筑動畫市場，因為建筑業的興旺發展而逐步邁向成熟，利用三維計算機動畫技術制作的建筑動畫正成為了輔助房地產商們銷售宣傳的有力武器；中國峽江水利水電工程中的應用中，通過三維動畫技術，結合該水利樞紐等工程設計的實際需求和工程的特點，對峽江水利樞紐工程的樞紐布置、建筑物形態等進行全方位的展示，彌補了以往水利水電工程設計方案表現手段的不足，使水利水電工程在設計過程中就能以三維動畫的形式直觀、全面反映出來[3]；在中央廣播電視大學開設課程《化工原理》的講授中,同樣用到了計算機仿真動畫這樣前沿的方式作為教學手段，提升教學質量[4]；在火山景觀地質研究中利用3D MAX軟件對長白山火山形成過程行地質景觀成因的動態實現和逼真的視覺仿真效果的動態模擬[5]。

由此可見，不管使用哪種研究方法研究虛擬現實，計算機的三維模擬制作都是其中的一個重要組成部分。

根據化工演習的特點和場地考察，需要模擬一下幾個部分：

1）模型的特殊性：廠房與外露設備間的管道管道錯綜復雜，因此細節表現尤為重要，單模型大多屬于結構簡單外形規整的模型。

2）煙霧模擬：廠區內氣霧彌漫，有一種神秘的意境，為了在動畫場景中保持這份意境，對煙柱排放廢氣的真實再現模擬是必須要做的。

3）管道、汽車爆炸特效模擬。

4）爆炸后化學制劑外泄燃燒特效。

國際上，在以下領域開發的相關軟件預示著這一項目日后的發展趨勢，比如：化學物品及有毒氣體泄露 (側重于規劃設計)：CAMEO、CAPARS、COBRA、CONTAMW；災害預測：CT-AnalystTM；虛擬演習工具：EpiCS、GAMMA-EC；火災模擬：CFAST、JASMINE、FDS、FLUENT、SMARTFIRE、ALOFT-FT、SOLVENT；水災模擬：FLDWAV、M2M；地震、颶風等自然災害評估：CATS、CERRTS、CRISI、HAZUS、MIDGARD、NEES、NEHRP。不過虛擬演習一般都是根據不同突發事件的特點，而且面向特定人群展開[6]。

能實現這類項目的效果的制作軟件數目繁多，既可以利用二維動畫軟件，比如：FLASH等等；三維動畫軟件，比如：MAYA、3D MAX等等；也可以利用實拍加后期制作軟件AE等等，但是他們各自的軟件都有各自側重的優勢，比如FLASH制作出來的動畫現場感就不好了，MAYA表現現場感好了，可是耗時很慢，AE對于后期特效處理很有優勢可是對于情節的表達相形見絀。

3D MAX制作模型和MAYA相比，它們在功能的操作上各有所長，Maya是由Alias/Wavefront公司在Power Animatio軟件基礎上開發的新一代三維軟件，同時發布了SGI和PC版。它的NURBS建模功能最為強大，并且Maya的Artisa更為動畫師提供了創造性的控制方式，使在電腦中的創作同傳統的藝術創作過程非常近似，就象使用畫筆和雕塑工具一樣能自如地修改模型、選擇控制點指定簇的權重等.達到了如同在計算機內揉捏造型的境界。3DS MAX擁有很多具有強大功能的建模方式，各種建模的插件更是為該軟件熠熠生輝，同時3DS MAX制作起來界面和操作都非常的方便快捷，體現出很好的工作效率。同樣的工作使用3DS MAX的速度要遠快于MAYA，在建筑漫游這一塊來說更為得心應手。

而根據這次虛擬演習項目的要求和表現重點來看，制作主要傾向于利用3DMAX軟件實現演習全過程效果的制作方式的研究方法研究，研究的核心內容在于3DMAX軟件的應用技術和特效表現技術方面。

分析需要模擬的部分，發現以上需要模擬的場景都是屬于結構簡單外形規整的模型，因此在場景模型搭建的過程中可以采用可采用3DMAX的多邊形建模方式[7]。對于煙霧彌漫意境的表現AfterBurn 3.2這個插件能達到滿意的效果。對于巴扎效果的模擬，可以應用3DDMAX將模擬爆破的模型分割，利用parray粒子陣列拾取，然后發射爆破。然繞特效可以利用鳳凰火焰插件，模擬火焰燃燒的逼真效果。

利用以上各類特效制作，都可以應用三維動畫技術將對象逼真模擬。

三維動畫模擬演習技術具有多維性、假定性和易修改性的特點，作為一種輔助實現的手段，三維計算機動畫技術自然而然的逐步滲入到許多行業的運用中，在軍事演習、消防演習等實戰演習活動中，利用三維動畫技術能精確地模擬地區場景的三維模型，能非常真實地模擬爆炸、氣霧泄露、水霧噴出等自然災害的形態，直觀地展現災害事件的發生及蔓延過程和人員撲救的詳細經過，使抽象的概念得以具像的表達，并利用夸張的藝術手法與形式去反映組織者的意圖。此手段擬補了真實演習過程中場地局限原因引起的觀測角度不全面的不足，并降低財產和人員傷害。使觀摩者能更全面的了解活動的內容和目的，為組織者和參與者提供良好的交流。

綜上所述，利用三維動畫技術模擬演習項目是可以達到預期目標的有效技術手段。

［1］配電培訓仿真系統的場景構建及設備展示研究[D].中國優秀博碩士學位論文全文數據庫(碩士),2007（06).

［2］蔣波.基于數值仿真的地鐵火災應急響應虛擬演習平臺的研究[D].中國優秀博碩士學位論文全文數據庫(碩士),2007(06).

［3］孫文萍，陳靜，張李蓀.三維動畫技術在峽江水利樞紐的應用與實現[J].江西水利科技，2008.

［4］李云倩.化工原理課教學中運用計算機仿真動畫的體會[J].化工高等教育，1992（04）.

［5］李百壽,秦其明,邢立新,姚云軍,葉霞.基于3DS MAX的火山地質景觀三維建模與動態模擬研究[J].北京大學學報：自然科學版，2008：90.

［6］蔣波.基于數值仿真的地鐵火災應急響應虛擬演習平臺的研究[D].中國優秀博碩士學位論文全文數據庫(碩士),2007(06).

［7］肖振萍.三維建模技術應用方法比較研究[J].數字技術與應用，2011（5）.

周天鳳］