安全防范三维仿真系统的设计与实现

摘要：该系统基于系统仿真和虚拟现实技术开发，建立了安全防范系统三维仿真环境。从中进行安防系统的设计、验证和优化部署，实施应急指挥等训练，对维护我国公共安全有着一定的现实意义。

关键词：虚拟现实；仿真；安全防范系统

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：1007-9599 （2011） 06-0000-01

Security Three-dimensional Simulation System Design and Implementation

Guang Kuan

(Chinese People's Public Security University,Beijing100086,China)

Abstract:The system is based on system simulation and virtual reality technology development security systems built three-dimensional simulation.From the security system design,validation and optimization of the deployment,the implementation of emergency command and other training,the maintenance of public security has a certain practical significance.

Keywords:Virtual reality;Simulation;Security system

人类社会在发展的过程中始终伴随着各种风险，公共安全是社会稳定发展的永恒课题。安全防范系统是以维护社会公共安全为目的，运用安全防范产品和其他相关产品所构成的入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、防爆安全检查系统等，或由这些系统为子系统组合或集成的电子系统或网络[1]。

安全防范系统的设计必须针对被保护对象的特点进行设计，有着较大的自由度。建立一个能够客观、量化的设计环境就显得非常重要。运用虚拟现实技术将防护对象进行三维仿真，在此环境中来进行安防系统的设计、验证和优化部署，实施应急指挥等训练，势必将大大提高安全防范系统的效能。

一、构建三维虚拟现实环境的基本步骤

通过将采集到的实时数据和仿真得到的数据以图形化的方式实时地显示出来，人们可以对安全防范系统的防护措施一目了然，虚拟三维仿真环境可分三大步骤：

（一）通过数码相机进行采样，获取被保护对象及环境的整体风貌及具体建筑实体，以及相关的图像纹理。

（二）在MultiGen Creator软件中完成三维场景建模。包括地形、植被、水文、道路、建筑物、景观等，其中建模重点为地物建模。

（三）设计漫游引擎，对三维场景的漫游控制，在场景中设置多种环境效果以增添场景真实感。

系统在WindowsXP操作系统平台上，安装MultiGen Creator3.0进行三维场景建模，Vega3.7驱动场景漫游实现视景仿真，VisualC++编程实现多种人机交互。另外三维场景中所需的图像纹理采用PhotoShop7.0处理转换成Vega中能正常显示的格式。硬件上要求必须配备独立显卡，以处理图像在Creator无法正常显示的情况。

二、原始数据采集及处理

三维场景是对客观世界的一个数字化过程，需要在建模前需采集相关的数据。主要有三类数据需要进行采集：地形数据；纹理数据以及表征地形地貌及建筑物的几何模型。

MultiGen Creator是在图形工作站上知名的实时三维模型建模工具软件系统。将采集得到的数据进行进一步的加工，存入数据库格式为OpenFlight的数据库中。由Creator生成的文件可以直接导入Vega中以供漫游场景的开发。

在虚拟三维场景中模型建立的好坏直接关系到整个系统的场景真实性、和准确性，同时场景中模型的复杂度也决定了实时漫游时的运动速度。因此在模型建立的过程中，模型的优化非常重要。为了降低三维场景中模型的复杂度，场景中的实体模型大量采用了纹理映射技术。

三、虚拟漫游环境的建立

本系统基于Vega Prime软件开发，三维场景建立后，导入到Vega中实现漫游系统。将安全防范系统中各实体的机动情况、摄像头覆盖情况，探头可视化表现等是仿真三维系统中应主要体现的内容。所采用的主要技术如下：

（一）运动模型处理。Vega中提供了对运动模型的回调处理函数，通过这些函数，将用户的处理过程加入运动模型，实现对实体运行控制的平滑处理。

（二）模型数据库操作。Vega的pf库提供了对模型数据库的访问机制，利用库中提供的各种函数，实现了虚拟环境和实体的迅速切换。

（三）回调函数。Vega提供了功能强大的回调函数机制，通过合理的添加用户回调可以实现底层功能扩展。系统中利用Vega的回调函数实现了多种控制功能，如安防系统中实体的战术动作控制，模型特定面上实时更新显示图像和字符等。

四、实际应用效果

安全防范三维仿真系统是一套具有对仿真过程进行交互干预能力的通用性较强的新型仿真系统，具有较强的可扩展性。该系统已经在某单位安全防范系统设计及模拟训练中得到了应用，为仿真训练及研究提供了直观依据，取得了较好的效果，仿真系统能够更有效地评估和反映各种安防设备的性能和实战场景，更加能够满足参与者的心理和视觉需求，同时也可以大大减少外场试验，节省大量的试验经费支。

参考文献：

[1]GB 50348―2004安全防范工程技术规范[S]

[2]邹庆忠，邱晓刚，李革.综合环境建模中的动态地形仿真[J].计算机仿真,2004,21(12)

[3]官勇,蒲小琼,张翔.虚拟场景漫游技术及其系统实现[J].计算机工程与应用,2007,43(15):89-91

[4]杨评利,仇小鹏，,黄少华.在Vega环境下开发虚拟现实应用程序[J].计算机仿真,2005,22(5):165-168

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文