虚拟消防系统仿真技术研究

摘要 采用对话框的程序架构，利用建模工具Multigen Creator制作了消防设备的三维模型，运用视景驱动软件Vega中的API函数，实现了火灾自动报警系统仿真、自动喷淋系统仿真、防火门及防火卷帘的控制、应急疏散指示灯及防排烟系统的控制等，介绍了ADF文件的配置。验证了Multigen Creator和Vega在虚拟消防系统中应用的可行性，并介绍了相关的技术方法。

关键词 虚拟仿真；消防系统；Creator；Vega

中图分类号X959 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）77-0220-02

0 引言

近年来，计算机技术发展迅速，尤其是高性能显卡的出现，使虚拟仿真技术得到广泛应用。基于以上现状，本文利用图形图像处理软件photoshop、三维建模工具Creator和视景驱动软件Vega，完成了消防系统的虚拟仿真，介绍了相关的技术要点。

1 虚拟仿真软件介绍

1.1 基于MultiGen Creator的三维建模技术

可视化仿真技术具有实时性、交互性的特点，并且能够实现有选择的实时渲染，这就决定了构造三维模型不要求精细化建模，而是要多边形数量尽量少、构造尽量简单、数据库便于遍历操作等。为此，MultiGen Creator软件独创了OpenFlight数据结构，该结构实质上是通过设置根节点、组节点、体节点、面节点等，来满足有选择性访问渲染的要求。另外，还有一些功能节点：LOD节点、DOF节点、SWITCH节点等，来满足不同功能的实现要求[1]。

1.2 基于MultiGen Vega的视景仿真技术

MultiGen Vega是专业的三维视景仿真开发软件，它具有几百个函数，可与C++兼容，且提供了Lynx图形环境界面，在不涉及源代码的前提下，快速改变应用程序的性能，这些都为快速创建、编辑、运行仿真程序提供极大的方便[2]。

2 虚拟消防系统仿真实现

消防系统由火灾自动报警系统、消火栓系统、自动喷淋灭火系统、气体灭火系统、防排烟系统、防火卷帘门系统、消防通讯系统及指挥疏散系统组成。系统工作原理是，火灾发生时，探测器首先将探测到的火灾信号传输到报警控制器。经过与正常数据比较判断，报警控制器确定火灾发生，并发出报警信号。同时，报警控制器可以实现手动或自动控制消防设备，比如启动防火卷帘、疏散指示灯、防排烟系统、自动喷淋系统等。

本文所要模拟的消防系统有：火灾自动报警系统、自动喷淋系统、防火门的控制、防火卷帘的控制、疏散指示灯的控制及防排烟系统。

2.1 火灾自动报警系统的仿真

火灾自动报警系统仿真所需技术要点主要是三维探测器的制作及报警器声音报警功能的实现。

三维探测器，这里以感烟探测器为例，首先对感烟探测器进行拍照，使用Potoshop进行纹理制作，之后在creator中建模并贴纹理。

报警器声音报警功能仿真实现主要依靠Vega的声音模块，该模块支持的文件格式有*.wav、*.aiff、*.aifc三种。首先需要通过Lynx图形环境界面配置ADF文件，主要使用AudioWork2模块，加载声音的具体步骤：

1）创建AW Sound命名为Alarm，加载报警器声音文件alarm.wav；

2）创建AW Engine命名为Eng；

3）创建AW Chanel命名为Chan，Engine栏选择Eng，Imaging Model选择Quad；4）Scenes按钮，点击AudioWorks2添加Sound Objects alarm；5）Observers按钮，channel栏选择Chan。

报警器声音仿真所需的控制函数有：初始化声音模块vgInitAudio（）、获取声音awFindSnd（"Alarm"）以及设置声音属性的awProp（Alarm，AWSND_STATE，AWSND_ON）。本文是基于对话框的程序，通过按钮实现声音的播放与停止，为此，创建按钮函数，并加入控制声音的函数。除此按钮控制之外，还可通过火灾发生时，传递火灾状态变量来自动实现报警器声音的播放。

2.2 自动喷淋系统仿真

自动喷淋系统的仿真主要是完成喷头的制作及喷淋效果。喷头的制作是以68°喷头为例，通过拍照，使用Potoshop修图，并在Creator中建模。自动喷淋系统仿真需要lynx面板自定义的粒子系统。通过Vega中的粒子系统来实现喷淋效果，并且程序可控制喷淋启动和关闭。

首先，配置ADF文件：点击Special Effects按钮，创建特效实例并命名为particle，Type类型选择custom，position输入相应喷头的位置坐标。点击Custom Particle System，设置喷淋粒子系统的属性值。喷淋效果程序编写所涉及的相关函数有：初始化特效模块vgInitFx（）、获取粒子特效函数vgFindFx（"particle"）、设置属性函数vgProp（phFx_Warter， VGFX_STATE， VG_ON）。 自动喷淋启动后效果如图1所示。

2.3 防火门及防火卷帘的控制

防火门仿真，在creator中创建一个名为“door”的DOF节点，并选为父节点，制作防火门模型，用Set Local命令将DOF原点放置在门轴上，设其绕门轴的旋转约束，比如z轴，从0度到180度。 通过点击对话框上的按钮，防火门自动打开，当再次点击按钮时，防火门关闭。

防火门控制程序所涉及的相关函数：获取模型vgFindObj（obj_name）、获取模型部分节点vgFindPart（obj，part_name，NULL）、获取节点位置坐标vgGetPos（part，pos）、重置6个自由度值vgGetPosVec（pos，&x，&y，&z，&h，&p，&r）、返回6个自由度的值vgPosVec（pos，x，y，z，h，p，r）。防火门的动作是改变了6个自由度中的p，即在循环体内使用p-=1来完成。防火门开启效果如图2所示：

防火卷帘仿真，在creator中创建一个名为“fireshutter”的DOF节点，创建防火卷帘模型，用Set Local命令将DOF原点放置在门轴上，设置其沿门轴拉伸的约束，从1m～5m。

防火卷帘控制程序所涉及的相关函数：获取模型vgFindObj（obj_name）、获取模型部分节点vgFindPart（obj，part_name，NULL）、获取节点位置坐标vgGetPos（part，pos）、重置6个自由度值vgGetPosVec（pos，&x，&y，&z，&h，&p，&r）、返回6个自由度的值vgPosVec（pos，x，y，z，h，p，r）。防火卷帘的动作是改变6个自由度中的z值大小，启动状态如图所示。

2.4 应急疏散指示灯的控制

要控制应急疏散指示灯的开关，可在creator里建立switch节点的两种状态，程序控制，使两种状态交替显示，从而实现其功能。

程序所涉及的关键函数有：获取模型函数vgFindObj（"mark"）、查找节点自定义函数exit_light_control（obj，"sw1"）等。

2.5 防排烟系统的控制

防排烟系统仿真，使用Photoshop制作透明纹理来表现防排烟风机的转动，使用Special Effects模块中blade功能来模拟表现防排烟机的转动。通过火灾信号的探测、传输，模拟实现自动启动放烟排烟机，或者也可通过点击对话框的按钮，来控制防排烟机启动与停止[3]。

3 结论

利用视景仿真技术，制作相关的三维模型，Mutigen Creator展现了在虚拟仿真中的优势。使用Vega的API函数，可很好地实现在虚拟场景中消防系统的主要功能。并且，Vega中的粒子系统，模拟再现了火灾及其蔓延、雨淋效果的仿真。另外，虚拟消防系统可应用在应急救援管理体系中，比如，在此基础上，可进行应急演练、培训、灾难仿真再现等。

参考文献

[1]杨丽，李光耀.城市仿真建模工具——Creator软件教程[M].上海：同济大学出版社，2007.

[2]杨丽，李光耀.城市仿真应用工具——Vega软件教程[M].上海：同济大学出版社，2007.

[3]肖琼.基于Multigen和Vega的视景仿真技术在突发事件中的应用[D].武汉：华中科技大学，2008.