基于Unity3D粒子系統的消防水槍流體噴射仿真研究

平桉+++程乃偉

摘 要：消防水槍的模擬在消防演練實習中起到至關重要的作用，能夠模擬到消防水槍的噴射過程。通過合理的計算得到水槍的工作過程。為了能夠有效的實現消防水槍的模擬，建立逼真的噴射效果。提出了一種基于Unity3D粒子系統仿真技術，然后再通過模擬場景有效結合，模擬出火災場景的火的特效。通過有效數據的計算和粒子系統的碰撞檢測，最終實現了消防水槍流體噴射的有效模擬，增加了場景的逼真效果。

關鍵詞：Unity3D；粒子系統；消防水槍；碰撞檢測

引言

隨著科技的進步，各種各樣的仿真模擬在不斷發展，如果Unity3D作為新的開發工具，不斷代替了傳統的開發工具。Unity3D中的粒子系統更是能給許多仿真模擬帶來很大的方便之處。在火災演練過程中，消防水槍的仿真模擬變得越來越重要，一個有效的模擬可以給消防演練可以引起人們的更多重視。如今，應用粒子系統模擬火、云、雪花、水等特效已經變的很普遍了。1983年Reeves首次系統的提出應用粒子系統模擬虛擬場景中不規則的物體方法。并且到目前為止。粒子系統也逐步被人們認為是最有效的方式。雖然粒子系統中含有復雜的屬性和參數，但是通過粒子系統的應用可以滿足火、煙霧和水流的基本特征。達到相對逼真的視覺效果。在該場景中重點是模擬火災場景的火災現象和水槍噴射的現象。本文是通過Unity3D的粒子系統，結合現實生活中的水槍噴水的物理現象，然后給粒子系統添加碰撞效果和重力效果。在利用Unity3D中的API接口函數。實現水在噴水過程中的重力影響。并根據牛頓的物理公式計算出水槍的噴射距離。并同過粒子系統中粒子的粒子的生命周期、粒子的初速度、角速度、粒子渲染的屬性。更加真實的模擬出滅火過程與噴射過程的相關性。

1 粒子系統

粒子系統的基本原理：1983年，Reeves首次提出了粒子系統方法并在虛擬仿真中的得到廣泛的應用。粒子系統的基本原理是使用大量的、具有狀態和屬性的微小粒子來模擬具有不規則的物理現象。并且通過不斷改變粒子系統中每個粒子的屬性和狀態來達到逼真的模擬效果。每個微小的粒子都存在自己的生命周期。隨著時間的推移粒子都會經歷“產生”、“活動”和“死亡”三個階段。舊粒子的不斷死亡、新粒子也會不斷的產生，如果能夠在做到隨著時間的推移去控制新粒子的產生個數，從而達到更好的滅火效果，實現更加逼真的模擬。粒子系統是不斷發生這變化，粒子是個動態的產生過程。通過控制粒子的動態產生過程可以有效的控制粒子的消亡和產生，達到仿真模擬的真實效果。我們觀察粒子系統的屬性不難發現通過控制粒子的基本屬性可以達到很好的仿真效果，實現通過水槍的噴射動態滅火的效果。為了增加消防水槍的逼真效果。通過設置粒子系統中的粒子個數的最小值和最大值，使得粒子系統具有一個由少變多的動態過程，同時設置環境重力加速度、風向等環境因素，可以達到一個逼真的噴射效果，為了達到一個逼真的效果。考慮到水槍口徑、水壓、重力環境和噴角等影響因素，并通過UI設計和代碼的控制實現更加逼真的效果。

2 消防水槍流體噴射實現過程

2.1 消防水槍流體噴射場景的模擬設計。該仿真模擬的場景是通過Unity3D實現。首先通過Terrier組件創建地形，然后通過地形中自帶的一些屬性，對地形的具體細節進行細化。該地形中存在的樹木是通過導入資源包后細節描述添加得到的。

2.2 火效果的實現。通過粒子系統的渲染特性，為該場景中添加了火的特效。通過對Particle System中的Render屬性中材質屬性的添加。實習火的虛擬仿真。

2.3 噴射水槍的仿真模擬實現。在Unity3D中的需要自定義粒子系統的粒子基本屬性。通過對以上粒子系統的有效設計，已經控制粒子系統中每個粒子的生命周期、初始大小、初始速度等基本屬性通過C#腳本語言控制。通過代碼的編寫，可以實現火特效的有效控制，可以實現水滅火的逼真模擬。

3 模擬結果與分析

通過上面兩個場景進行有效的比較可以看出，通過對消防水槍的有效控制可以達到逼真的模擬效果，實現消防水槍噴射的有效模擬。同時也說明使用Unity3D仿真模擬是一種高效的仿真。可以應用在消防演練等各個方面。

4 結束語

本文主要對Unity3D粒子系統的基本原理和Unity3D中粒子系統中的粒子基本屬性進行了介紹和應用，然后通過火、水、煙霧等粒子特效進行了有效的利用，最后實現噴射流體噴射過程的有效模擬。但是本文中還存在著許多不足的地方。比如風速、火勢大小等外界條件的控制還沒有得到有效的應用。雖然只是表面上實現了基本的仿真模擬，但是考慮到專業的數據的得到和實現，需要在后續的工作中留下足夠多的接口，讓更多的專業人士去應用。

參考文獻

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[3]張錫英，韓吉燁.基于Unity3D的虛擬水流墻系統的設計研究[J].安徽農業科學，2014（8）.

作者簡介：平桉（1992，05-），男，漢，山西省長治市，沈陽航空航天大學安全工程學院，碩士研究生，信息化安全。