計算機模擬森林火災撲救教學系統的開發思路

武警警種學院 趙志堅

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計算機模擬森林火災撲救教學系統的開發思路

武警警種學院 趙志堅

【摘要】用計算機模擬森林火災和森林火災的撲救是重要的森林滅火訓練手段。計算機模擬森林火災撲救教學系統應具備模擬林火行為、滅火裝備和手段、滅火戰術的功能。各主要功能模塊的實現方法是開發森林火災撲救教學系統的關鍵。

【關鍵詞】計算機；森林火災撲救；教學系統；功能模塊

森林火災撲救是我國專業森林滅火隊伍的基本任務和職能。科學、專業的訓練是提高專業森林滅火隊伍森林火災撲救能力的重要途徑。但是現實生活中，我們很難再現森林火災的現實場景，所以用計算機模擬森林火災和森林火災的撲救就成為極其重要的森林滅火訓練手段。

目前，我國還沒有一套成形的計算機模擬森林火災撲救的教學系統。本文就此系統的應有功能及實現方法提供一些思路，僅供參考。

1 計算機模擬森林火災撲救教學系統應具備的主要功能

1.1 模擬林火行為的功能

模擬林火行為是此教學系統的最基本、最核心的功能。現實中林火的蔓延方向、火焰高度、蔓延速度等受地形、植被、風向、風速、天氣等因素的影響，所以系統應模擬地形、植被、風向、風速、天氣等因素，使虛擬林火受這些因素的影響，在虛擬的森林中蔓延。林火行為與影響因素之間的函數關系模型是模擬林火行為的關鍵。

1.2 模擬各種森林滅火裝備和手段的功能

撲救森林火災是通過運用各種森林滅火裝備和手段來實現的。系統應能夠模擬各種森林滅火裝備的特點和功能，如風力滅火機、滅火水槍、點火器、滅火彈和直升機等，進而模擬風力滅火、火攻滅火、直升機滅火、開設防火隔離帶等滅火手段。同時，系統還應該模擬林火與各種森林滅火裝備的相互作用。各種森林滅火裝備的性能參數是進行系統開發時必須掌握的資料。

1.3 模擬各種森林滅火戰術的功能

通過開發網絡服務器和客戶端程序，使學員扮演滅火指揮員和滅火戰斗員等角色，進行協同滅火作戰，模擬各種森林滅火戰術的運用。這是系統的高級功能。

2 計算機模擬森林火災撲救教學系統主要功能模塊的實現方法

2.1 開發平臺的選擇

選擇合適的系統開發平臺，可以增強系統的功能，縮短系統的開發時間。目前，適合開發森林火災撲救教學系統的平臺很多，如等，其中，unity功能強大，具有跨平臺功能，性價比較高，可以降低系統開發費用。

2.2 林火行為模塊的實現方法

在無風，地勢平坦、植被均勻的情況下，林火會大體蔓延成一個封閉的圓形。因此，可以考慮創建一定數量的模擬火焰和煙霧的粒子系統，以發火點為圓心，以一定的速度向四周移動，當相鄰的兩個粒子系統距離大于某數值時，產生一個新的粒子系統，以形成一條連續的火線。

（1）模擬地形對林火的影響。林火會隨地勢的起伏蔓延，坡度越陡，林火蔓延速度越快。因此，在虛擬的三維場景中，模擬火焰的粒子系統的高度坐標值要根據其所在地形上的位置的高度坐標值而變化，同時，根據林火蔓延速度與坡度的關系函數適時調整粒子系統的運動速度。

（2）模擬風向和風速對林火的影響。林火在順風方向蔓延速度快，在逆風方向蔓延速度慢。而且隨風速的增大蔓延的速度會加快。可以考慮用單位向量表示風向，而將風速作為系數與向量做標量乘法。將代表風向的向量和模擬林火的粒子系統的運動方向的向量相加，作為影響粒子系統運動速度的一個參數，模擬風對林火的影響。

（3）模擬植被對林火行為的影響。植被主要對林火的火焰高度有直接的影響。應根據不同植被條件下林火高度的歷史記錄，調整火焰粒子系統的粒子壽命，模擬火焰高度的變化。

2.3 滅火裝備模塊的實現

滅火裝備在模擬森林火災撲救教學系統中可以分為直接作用于林火的滅火裝備和作用于植被的滅火裝備。風力滅火機、滅火水槍、飛機灑水、滅火彈等就是直接作用于林火的滅火裝備。在開發此類裝備的模塊時，主要考慮各裝備可以直接撲滅的火焰高度值。當其發射的代表風、水或滅火顆粒物的粒子與火焰粒子碰撞時，減少火焰粒子壽命，降低火焰高度，直至火焰高度為零并銷毀火焰粒子系統。考慮系統運行速度，可用簡單的幾何體碰撞代替粒子碰撞。開發點火器、油鋸等作用于植被的滅火裝備模塊時，可將其作用的植被銷毀，當火焰粒子系統不在植被碰撞體的內部時，降低火焰高度直至銷毀粒子系統。

2.4 滅火戰術模塊的實現

森林滅火戰術主要靠滅火指揮員的指揮，滅火戰斗員的相互協作來完成的。因此，我們考慮開發基于服務器和客戶端程序，使所有的學員都處于同一網絡中，彼此互動。客戶端只負責繪制畫面和發送操作信息，服務器負責所有的邏輯判斷然后將信息反饋給客戶端。網絡中的所有客戶端間應該可以相互發送聲音、文字等信息，以便協同動作，完成滅火戰術的實現。