彭輝華

（大理學(xué)院藝術(shù)學(xué)院 云南 大理 671003）

虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬演習(xí)項目的可行性研究

彭輝華

（大理學(xué)院藝術(shù)學(xué)院 云南 大理 671003）

一般來說，進行模擬演習(xí)是為了考驗這個地區(qū)對突發(fā)性事件的應(yīng)急能力和素質(zhì)。但是在演習(xí)過程中，現(xiàn)場的觀摩者離事發(fā)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(xí)過程的完整性，又要照顧到觀看者與事故發(fā)生地點的安全距離，于是應(yīng)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(xiàn)實技術(shù)；模擬演習(xí)；三維動畫技術(shù)

將場景利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在視覺中呈現(xiàn)，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(yōu)勢，因此越來越多的行業(yè)應(yīng)用該技術(shù)解決一系列現(xiàn)實生活中無法實現(xiàn)或者有難度實現(xiàn)的項目,最近幾年，該技術(shù)在美國、英國、日本等等發(fā)達的國家中得到了飛速發(fā)展、并展示了出廣闊的應(yīng)用前景[1]。實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)中強勁的佼佼者當(dāng)屬現(xiàn)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(xiàn)狀上來看，虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅應(yīng)用于火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)虛擬演習(xí)平臺的開發(fā)中，而且國際上已開發(fā)出多個虛擬演習(xí)軟件系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于實際，比如美國應(yīng)急響應(yīng)方面針對不同突發(fā)事件，面向特定人群進行虛擬應(yīng)急響應(yīng)演習(xí)研究，在面向爆炸、火災(zāi)、毒氣擴散及地震等突發(fā)災(zāi)害在城市規(guī)劃、虛擬演習(xí)及培訓(xùn)方面展開了大量研究工作并開發(fā)了相應(yīng)的虛擬演習(xí)系統(tǒng)[2]。

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

近年來，利用三維動畫技術(shù)的虛擬現(xiàn)實研究在其他行業(yè)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(yè)的興旺發(fā)展而逐步邁向成熟，利用三維計算機動畫技術(shù)制作的建筑動畫正成為了輔助房地產(chǎn)商們銷售宣傳的有力武器；中國峽江水利水電工程中的應(yīng)用中，通過三維動畫技術(shù)，結(jié)合該水利樞紐等工程設(shè)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(tài)等進行全方位的展示，彌補了以往水利水電工程設(shè)計方案表現(xiàn)手段的不足，使水利水電工程在設(shè)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(xué)開設(shè)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(xué)手段，提升教學(xué)質(zhì)量[4]；在火山景觀地質(zhì)研究中利用3D MAX軟件對長白山火山形成過程行地質(zhì)景觀成因的動態(tài)實現(xiàn)和逼真的視覺仿真效果的動態(tài)模擬[5]。

由此可見，不管使用哪種研究方法研究虛擬現(xiàn)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(jù)化工演習(xí)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(shè)備間的管道管道錯綜復(fù)雜，因此細節(jié)表現(xiàn)尤為重要，單模型大多屬于結(jié)構(gòu)簡單外形規(guī)整的模型。

2）煙霧模擬：廠區(qū)內(nèi)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(xiàn)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(xué)制劑外泄燃燒特效。

國際上，在以下領(lǐng)域開發(fā)的相關(guān)軟件預(yù)示著這一項目日后的發(fā)展趨勢，比如：化學(xué)物品及有毒氣體泄露 (側(cè)重于規(guī)劃設(shè)計)：CAMEO、CAPARS、COBRA、CONTAMW；災(zāi)害預(yù)測：CT-AnalystTM；虛擬演習(xí)工具：EpiCS、GAMMA-EC；火災(zāi)模擬：CFAST、JASMINE、FDS、FLUENT、SMARTFIRE、ALOFT-FT、SOLVENT；水災(zāi)模擬：FLDWAV、M2M；地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害評估：CATS、CERRTS、CRISI、HAZUS、MIDGARD、NEES、NEHRP。不過虛擬演習(xí)一般都是根據(jù)不同突發(fā)事件的特點，而且面向特定人群展開[6]。

能實現(xiàn)這類項目的效果的制作軟件數(shù)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(cè)重的優(yōu)勢，比如FLASH制作出來的動畫現(xiàn)場感就不好了，MAYA表現(xiàn)現(xiàn)場感好了，可是耗時很慢，AE對于后期特效處理很有優(yōu)勢可是對于情節(jié)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(chǔ)上開發(fā)的新一代三維軟件，同時發(fā)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(chuàng)造性的控制方式，使在電腦中的創(chuàng)作同傳統(tǒng)的藝術(shù)創(chuàng)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(quán)重等.達到了如同在計算機內(nèi)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(xiàn)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(yīng)手。

而根據(jù)這次虛擬演習(xí)項目的要求和表現(xiàn)重點來看，制作主要傾向于利用3DMAX軟件實現(xiàn)演習(xí)全過程效果的制作方式的研究方法研究，研究的核心內(nèi)容在于3DMAX軟件的應(yīng)用技術(shù)和特效表現(xiàn)技術(shù)方面。

分析需要模擬的部分，發(fā)現(xiàn)以上需要模擬的場景都是屬于結(jié)構(gòu)簡單外形規(guī)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(xiàn)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(yīng)用3DDMAX將模擬爆破的模型分割，利用parray粒子陣列拾取，然后發(fā)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(yīng)用三維動畫技術(shù)將對象逼真模擬。

三維動畫模擬演習(xí)技術(shù)具有多維性、假定性和易修改性的特點，作為一種輔助實現(xiàn)的手段，三維計算機動畫技術(shù)自然而然的逐步滲入到許多行業(yè)的運用中，在軍事演習(xí)、消防演習(xí)等實戰(zhàn)演習(xí)活動中，利用三維動畫技術(shù)能精確地模擬地區(qū)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(zāi)害的形態(tài)，直觀地展現(xiàn)災(zāi)害事件的發(fā)生及蔓延過程和人員撲救的詳細經(jīng)過，使抽象的概念得以具像的表達，并利用夸張的藝術(shù)手法與形式去反映組織者的意圖。此手段擬補了真實演習(xí)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(chǎn)和人員傷害。使觀摩者能更全面的了解活動的內(nèi)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(shù)模擬演習(xí)項目是可以達到預(yù)期目標(biāo)的有效技術(shù)手段。

［1］配電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的場景構(gòu)建及設(shè)備展示研究[D].中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士),2007（06).

［2］蔣波.基于數(shù)值仿真的地鐵火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)虛擬演習(xí)平臺的研究[D].中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士),2007(06).

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

［4］李云倩.化工原理課教學(xué)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(zhì)景觀三維建模與動態(tài)模擬研究[J].北京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008：90.

［6］蔣波.基于數(shù)值仿真的地鐵火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)虛擬演習(xí)平臺的研究[D].中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士),2007(06).

［7］肖振萍.三維建模技術(shù)應(yīng)用方法比較研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（5）.

周天鳳］