淺談消防車建模與仿真系統的研究與實現

【摘要】：本文介紹了消防車建模工具，重點對消防車建模與仿真系統的設計與實現問題進行了研究，通過實驗的方法，驗證了系統功能，證實了系統的應用價值。

【關鍵詞】：消防車；建模；仿真；系統；設計與實現

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，各部分性能的優化程度，及其運行的協調性，是影響火災營救效率的主要因素，在應用計算機技術的基礎上，設計消防車建模與仿真系統，是最大程度提高消防車性能主要途徑，對系統的設計與實現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、實現原理以及適用范圍方面存在一定差異，具體體現在以下方面[1]：（1）3dsMax：適用于建筑以及虛擬現實領域，建模工具以多邊形為主，優勢在于簡單易懂，容易操作，模型具有可移植性，缺陷在于部分插件缺失，需通過互聯網獲取[2]。（2）Maya：適用于動畫片以及電影的制作等領域，建模工具以多邊形及細分表面建模為主，優勢在于能夠支持復雜的材質建模，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，優勢在于實時性強，缺陷在于成本高[3]。

綜合考慮上述建模工具的特點，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的設計與實現

2.1 消防車建模與仿真系統的設計

2.1.1 系統結構設計

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

2.1.2 消防車模型的設計

消防車模型的設計方法如下：（1）根據消防車實際組成部分，采用3sMax建模工具，設計了消防車模型，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，作為模型的根節點，消防車的行駛以及轉彎的過程，均由車頭控制。（3）消防車模型的設計步驟如下：基于3sMax建模工具，創建相應對象，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 消防車動畫的設計

消防車包括動態與靜態兩種形式，動畫設計時，應對上述兩種形態的消防車進行區別設計，消防車動態設計方法如下：確定動畫類型，調用選中的驅動接口，獲得動畫集，根據系統刷新的時間間隔，設置相鄰動畫幀的流逝時間。根據控制器情況，確定每一集的運行時長，讀取動畫狀態，從根節點開始，遞歸更新每一對象，完成消防車的動態設計。

2.2 消防車建模與仿真系統的實現

2.2.1 類的確定

消防車建模與仿真系統中的類主要包括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：屬于網格層次模型類的一種，功能在于對模型的創建以及更新等過程提供支持。（3）D3DXMESHCONTAINER-DERIVED：屬于網格容器類的一種，功能在于對消防車模型的材質以及紋理等進行優化設計，確保所建立的消防車模型能夠與實際模型更加一致。

2.2.2 系統開發環境

（1）系統開發語言：C++語言。（2）系統應用接口：DirectX。（3）操作系統：windows 7。（4）軟件環境：DirectX9.0cJune2010。

在上述系統開發環境下，通過實驗的方法，對軟件的功能進行了驗證。

3 系統功能評估

3.1 系統功能評估方法

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，加入到系統中。（2）選擇建立好的消防車模型，加入到系統中。（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）從示例視圖區域選擇模型，并將其加入到渲染容器中。（2）繪制到主視圖區域。（3）根據拾取算法，對模型進行檢測。（4）觀察系統編輯模塊的實現情況。

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 系統功能評估結果

通過對系統功能的評估，得出如下結論：（1）系統對不同場景以及消防車加載速度快，效率高，應用優勢顯著。（2）系統能夠有效繪制消防車模型及相應場景，繪制效果與窗口的刷新速度相協調。（3）系統編輯模塊功能能夠達到要求。（4）消防云梯的上升以及下降過程，能夠順利實現，與實際消防車云梯的下降以及上升情況對比，無顯著差異。

通過系統功能評估結果可以看出，采用3dsMax工具所建立的消防車仿真模型，與實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以及動態情況，將其應用到消防車的設計過程中，對于設計水平的提高，以及消防車性能的提升，具有重要意義。

結論：

綜上所述，有關領域應將3dsMax建模工具應用到消防車建模以及仿真系統的設計中，提高消防車建模水平以及仿真效果，提高消防車設計水平。（指導教師：劉紹力）

參考文獻：

[1]孟瑩，于文華，蔡亞光. 森林消防車整車行駛平順性試驗研究[J]. 林業機械與木工設備，2015，03：22-26.

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[3]高順德，鄧梁，曹旭陽，崔竹君. 基于AMESim的百米登高平臺消防車工作平臺液壓系統仿真[J]. 中國工程機械學報，2012，03：291-296.

[4]王鐵，高昱，申晉憲. 水罐消防車操縱穩定性與平順性的仿真優化[J]. 汽車工程，2012，12：1114-1118.

[5]高穎毅. 某型消防車儲水罐主、被動保溫條件下保溫性能研究[J]. 天津理工大學學報，2012，06：81-83+88.