淺談消防車建模與仿真系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：本文介紹了消防車建模工具，重點(diǎn)對消防車建模與仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題進(jìn)行了研究，通過實(shí)驗(yàn)的方法，驗(yàn)證了系統(tǒng)功能，證實(shí)了系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：消防車；建模；仿真；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

前言：消防車由車門、車輪、消防云梯以及消防水管等不同部分組成，各部分性能的優(yōu)化程度，及其運(yùn)行的協(xié)調(diào)性，是影響火災(zāi)營救效率的主要因素，在應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)消防車建模與仿真系統(tǒng)，是最大程度提高消防車性能主要途徑，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問題加以研究十分必要。

1 消防車建模工具的選擇

建模常用工具主要包括3種，分別為3dsMax、Maya以及MultiGen Creator，三者在功能、實(shí)現(xiàn)原理以及適用范圍方面存在一定差異，具體體現(xiàn)在以下方面[1]：（1）3dsMax：適用于建筑以及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，建模工具以多邊形為主，優(yōu)勢在于簡單易懂，容易操作，模型具有可移植性，缺陷在于部分插件缺失，需通過互聯(lián)網(wǎng)獲取[2]。（2）Maya：適用于動畫片以及電影的制作等領(lǐng)域，建模工具以多邊形及細(xì)分表面建模為主，優(yōu)勢在于能夠支持復(fù)雜的材質(zhì)建模，缺陷在于操作困難。（3）MultiGen Creator：適用于大型地形的仿真，建模工具以多邊形建模為主，優(yōu)勢在于實(shí)時(shí)性強(qiáng)，缺陷在于成本高[3]。

綜合考慮上述建模工具的特點(diǎn)，決定將3dsMax作為主要建模工具，完成消防車的建模與仿真。

2 消防車建模與仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 消防車建模與仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由加載、編輯、動畫控制以及渲染4大模塊構(gòu)成：（1）加載模塊：功能在于加載靜態(tài)以及動態(tài)場景[4]。（2）編輯模塊：功能在于對動態(tài)以及靜態(tài)的場景加以編輯，確保能夠更加準(zhǔn)確的反映消防車的正常功能狀態(tài)[5]。（3）動畫控制模塊：包括單一動畫控制與復(fù)合動畫控制兩大功能。（4）渲染模塊：功能在于渲染視圖區(qū)域，使模擬與仿真效果更加清晰的體現(xiàn)。

2.1.2 消防車模型的設(shè)計(jì)

消防車模型的設(shè)計(jì)方法如下：（1）根據(jù)消防車實(shí)際組成部分，采用3sMax建模工具，設(shè)計(jì)了消防車模型，模型共包括車頭、車輪、車廂、大梁、消防云梯等不同部分。（2）針對不同部位，建立約束條件，將消防車車頭，作為模型的根節(jié)點(diǎn)，消防車的行駛以及轉(zhuǎn)彎的過程，均由車頭控制。（3）消防車模型的設(shè)計(jì)步驟如下：基于3sMax建模工具，創(chuàng)建相應(yīng)對象，初始化每一對象的名稱，針對每一對象，建立容器對象，創(chuàng)建控制器對象，通過指定路徑，加載文件模型。

2.1.4 消防車動畫的設(shè)計(jì)

消防車包括動態(tài)與靜態(tài)兩種形式，動畫設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對上述兩種形態(tài)的消防車進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)，消防車動態(tài)設(shè)計(jì)方法如下：確定動畫類型，調(diào)用選中的驅(qū)動接口，獲得動畫集，根據(jù)系統(tǒng)刷新的時(shí)間間隔，設(shè)置相鄰動畫幀的流逝時(shí)間。根據(jù)控制器情況，確定每一集的運(yùn)行時(shí)長，讀取動畫狀態(tài)，從根節(jié)點(diǎn)開始，遞歸更新每一對象，完成消防車的動態(tài)設(shè)計(jì)。

2.2 消防車建模與仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 類的確定

消防車建模與仿真系統(tǒng)中的類主要包括Fire engine model、CAllocate hierearchy及D3DXMESHCONTAINER-DERIVED等，上述3種類的功能如下：

（1）Fire engine model：屬于消防車模型類的一種，功能在于對模型的加載以及編輯等過程提供支持。（2）CAllocate hierearchy：屬于網(wǎng)格層次模型類的一種，功能在于對模型的創(chuàng)建以及更新等過程提供支持。（3）D3DXMESHCONTAINER-DERIVED：屬于網(wǎng)格容器類的一種，功能在于對消防車模型的材質(zhì)以及紋理等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保所建立的消防車模型能夠與實(shí)際模型更加一致。

2.2.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

（1）系統(tǒng)開發(fā)語言：C++語言。（2）系統(tǒng)應(yīng)用接口：DirectX。（3）操作系統(tǒng)：windows 7。（4）軟件環(huán)境：DirectX9.0cJune2010。

在上述系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境下，通過實(shí)驗(yàn)的方法，對軟件的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。

3 系統(tǒng)功能評估

3.1 系統(tǒng)功能評估方法

3.1.1加載模塊功能評估方法

（1）選擇不同類型的室外場景，加入到系統(tǒng)中。（2）選擇建立好的消防車模型，加入到系統(tǒng)中。（3）觀察場景以及消防車加載情況。

3.1.2 繪制模塊功能評估方法

（1）采用D3DLibrary類評估繪制模塊功能。（2）調(diào)用不同常見的不同繪制方法。（3）窗口1ms刷新1次。（4）觀察消防車模型的繪制情況。

3.1.3 編輯模塊功能評估方法

（1）從示例視圖區(qū)域選擇模型，并將其加入到渲染容器中。（2）繪制到主視圖區(qū)域。（3）根據(jù)拾取算法，對模型進(jìn)行檢測。（4）觀察系統(tǒng)編輯模塊的實(shí)現(xiàn)情況。

3.1.4 動畫控制模塊功能評估方法

（1）通過消防云梯的上升以及下降過程，評估了動畫控制模塊的功能。（2）觀察消防云梯的上升以及下降情況。

3.2 系統(tǒng)功能評估結(jié)果

通過對系統(tǒng)功能的評估，得出如下結(jié)論：（1）系統(tǒng)對不同場景以及消防車加載速度快，效率高，應(yīng)用優(yōu)勢顯著。（2）系統(tǒng)能夠有效繪制消防車模型及相應(yīng)場景，繪制效果與窗口的刷新速度相協(xié)調(diào)。（3）系統(tǒng)編輯模塊功能能夠達(dá)到要求。（4）消防云梯的上升以及下降過程，能夠順利實(shí)現(xiàn)，與實(shí)際消防車云梯的下降以及上升情況對比，無顯著差異。

通過系統(tǒng)功能評估結(jié)果可以看出，采用3dsMax工具所建立的消防車仿真模型，與實(shí)際消防車的工作情況相符合，能夠反映消防車在不同場景下的靜態(tài)以及動態(tài)情況，將其應(yīng)用到消防車的設(shè)計(jì)過程中，對于設(shè)計(jì)水平的提高，以及消防車性能的提升，具有重要意義。

結(jié)論：

綜上所述，有關(guān)領(lǐng)域應(yīng)將3dsMax建模工具應(yīng)用到消防車建模以及仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，提高消防車建模水平以及仿真效果，提高消防車設(shè)計(jì)水平。（指導(dǎo)教師：劉紹力）

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