彭輝華

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

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬演習(xí)項(xiàng)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(lái)說(shuō)，進(jìn)行模擬演習(xí)是為了考驗(yàn)這個(gè)地區(qū)對(duì)突發(fā)性事件的應(yīng)急能力和素質(zhì)。但是在演習(xí)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)的觀摩者離事發(fā)地太近就會(huì)有不安全的因素，離得太遠(yuǎn)又不能很好的進(jìn)行觀測(cè)，由于要考慮到觀看者在觀看整個(gè)演習(xí)過(guò)程的完整性，又要照顧到觀看者與事故發(fā)生地點(diǎn)的安全距離，于是應(yīng)該考慮一種安全有效的方法來(lái)觀摩以輔助該項(xiàng)目的有效進(jìn)行。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；模擬演習(xí)；三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)

將場(chǎng)景利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在視覺(jué)中呈現(xiàn)，具有省資源、高效率等特點(diǎn)，以及多維性、假定性和易修改性的優(yōu)勢(shì)，因此越來(lái)越多的行業(yè)應(yīng)用該技術(shù)解決一系列現(xiàn)實(shí)生活中無(wú)法實(shí)現(xiàn)或者有難度實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目,最近幾年，該技術(shù)在美國(guó)、英國(guó)、日本等等發(fā)達(dá)的國(guó)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(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中強(qiáng)勁的佼佼者當(dāng)屬現(xiàn)下流行的一些列的三維動(dòng)畫(huà)制作軟件，如3DMAX、MAYA等。

從國(guó)外研究現(xiàn)狀上來(lái)看，虛擬現(xiàn)實(shí)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(tái)的開(kāi)發(fā)中，而且國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多個(gè)虛擬演習(xí)軟件系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于實(shí)際，比如美國(guó)應(yīng)急響應(yīng)方面針對(duì)不同突發(fā)事件，面向特定人群進(jìn)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(kuò)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(kāi)了大量研究工作并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的虛擬演習(xí)系統(tǒng)[2]。

在我國(guó)，至上個(gè)世紀(jì)80年代電腦繪畫(huà)才開(kāi)始起步，直至九十年代以后，數(shù)字藝術(shù)才在《中國(guó)美術(shù)年鑒》一書(shū)中開(kāi)拓獨(dú)立的一章。而且，我國(guó)的三維動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用軟件和使用技術(shù)主要來(lái)源于國(guó)外。因此，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，相對(duì)來(lái)說(shuō)，與國(guó)際水平一定的差距，但這些問(wèn)題己經(jīng)引起相關(guān)部門的注意。

近年來(lái)，利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)研究在其他行業(yè)中運(yùn)用得愈來(lái)愈廣泛。

比如：中國(guó)的建筑動(dòng)畫(huà)市場(chǎng)，因?yàn)榻ㄖI(yè)的興旺發(fā)展而逐步邁向成熟，利用三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)制作的建筑動(dòng)畫(huà)正成為了輔助房地產(chǎn)商們銷售宣傳的有力武器；中國(guó)峽江水利水電工程中的應(yīng)用中，通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)，結(jié)合該水利樞紐等工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需求和工程的特點(diǎn)，對(duì)峽江水利樞紐工程的樞紐布置、建筑物形態(tài)等進(jìn)行全方位的展示，彌補(bǔ)了以往水利水電工程設(shè)計(jì)方案表現(xiàn)手段的不足，使水利水電工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中就能以三維動(dòng)畫(huà)的形式直觀、全面反映出來(lái)[3]；在中央廣播電視大學(xué)開(kāi)設(shè)課程《化工原理》的講授中,同樣用到了計(jì)算機(jī)仿真動(dòng)畫(huà)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(duì)長(zhǎng)白山火山形成過(guò)程行地質(zhì)景觀成因的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)和逼真的視覺(jué)仿真效果的動(dòng)態(tài)模擬[5]。

由此可見(jiàn)，不管使用哪種研究方法研究虛擬現(xiàn)實(shí)，計(jì)算機(jī)的三維模擬制作都是其中的一個(gè)重要組成部分。

根據(jù)化工演習(xí)的特點(diǎn)和場(chǎng)地考察，需要模擬一下幾個(gè)部分：

1）模型的特殊性：廠房與外露設(shè)備間的管道管道錯(cuò)綜復(fù)雜，因此細(xì)節(jié)表現(xiàn)尤為重要，單模型大多屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中保持這份意境，對(duì)煙柱排放廢氣的真實(shí)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(guó)際上，在以下領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的相關(guān)軟件預(yù)示著這一項(xiàng)目日后的發(fā)展趨勢(shì)，比如：化學(xué)物品及有毒氣體泄露 (側(cè)重于規(guī)劃設(shè)計(jì))：CAMEO、CAPARS、COBRA、CONTAMW；災(zāi)害預(yù)測(cè)：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(píng)估：CATS、CERRTS、CRISI、HAZUS、MIDGARD、NEES、NEHRP。不過(guò)虛擬演習(xí)一般都是根據(jù)不同突發(fā)事件的特點(diǎn)，而且面向特定人群展開(kāi)[6]。

能實(shí)現(xiàn)這類項(xiàng)目的效果的制作軟件數(shù)目繁多，既可以利用二維動(dòng)畫(huà)軟件，比如：FLASH等等；三維動(dòng)畫(huà)軟件，比如：MAYA、3D MAX等等；也可以利用實(shí)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(shì)，比如FLASH制作出來(lái)的動(dòng)畫(huà)現(xiàn)場(chǎng)感就不好了，MAYA表現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)感好了，可是耗時(shí)很慢，AE對(duì)于后期特效處理很有優(yōu)勢(shì)可是對(duì)于情節(jié)的表達(dá)相形見(jiàn)絀。

3D MAX制作模型和MAYA相比，它們?cè)诠δ艿牟僮魃细饔兴L(zhǎng)，Maya是由Alias/Wavefront公司在Power Animatio軟件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新一代三維軟件，同時(shí)發(fā)布了SGI和PC版。它的NURBS建模功能最為強(qiáng)大，并且Maya的Artisa更為動(dòng)畫(huà)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(guò)程非常近似，就象使用畫(huà)筆和雕塑工具一樣能自如地修改模型、選擇控制點(diǎn)指定簇的權(quán)重等.達(dá)到了如同在計(jì)算機(jī)內(nèi)揉捏造型的境界。3DS MAX擁有很多具有強(qiáng)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(shí)3DS MAX制作起來(lái)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(yuǎn)快于MAYA，在建筑漫游這一塊來(lái)說(shuō)更為得心應(yīng)手。

而根據(jù)這次虛擬演習(xí)項(xiàng)目的要求和表現(xiàn)重點(diǎn)來(lái)看，制作主要傾向于利用3DMAX軟件實(shí)現(xiàn)演習(xí)全過(guò)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(chǎng)景都是屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單外形規(guī)整的模型，因此在場(chǎng)景模型搭建的過(guò)程中可以采用可采用3DMAX的多邊形建模方式[7]。對(duì)于煙霧彌漫意境的表現(xiàn)AfterBurn 3.2這個(gè)插件能達(dá)到滿意的效果。對(duì)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(dòng)畫(huà)技術(shù)將對(duì)象逼真模擬。

三維動(dòng)畫(huà)模擬演習(xí)技術(shù)具有多維性、假定性和易修改性的特點(diǎn)，作為一種輔助實(shí)現(xiàn)的手段，三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)自然而然的逐步滲入到許多行業(yè)的運(yùn)用中，在軍事演習(xí)、消防演習(xí)等實(shí)戰(zhàn)演習(xí)活動(dòng)中，利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)能精確地模擬地區(qū)場(chǎng)景的三維模型，能非常真實(shí)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(guò)程和人員撲救的詳細(xì)經(jīng)過(guò)，使抽象的概念得以具像的表達(dá)，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(bǔ)了真實(shí)演習(xí)過(guò)程中場(chǎng)地局限原因引起的觀測(cè)角度不全面的不足，并降低財(cái)產(chǎn)和人員傷害。使觀摩者能更全面的了解活動(dòng)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(dòng)畫(huà)技術(shù)模擬演習(xí)項(xiàng)目是可以達(dá)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(chǎng)景構(gòu)建及設(shè)備展示研究[D].中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)(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(tái)的研究[D].中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)(碩士),2007(06).

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

［4］李云倩.化工原理課教學(xué)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真動(dòng)畫(huà)的體會(huì)[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(dòng)態(tài)模擬研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：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(tái)的研究[D].中國(guó)優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)(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］