论文部分内容阅读
【摘要】：本文介绍了消防车建模工具，重点对消防车建模与仿真系统的设计与实现问题进行了研究，通过实验的方法，验证了系统功能，证实了系统的应用价值。
【关键词】：消防车；建模；仿真；系统；设计与实现
前言：消防车由车门、车轮、消防云梯以及消防水管等不同部分组成，各部分性能的优化程度，及其运行的协调性，是影响火灾营救效率的主要因素，在应用计算机技术的基础上，设计消防车建模与仿真系统，是最大程度提高消防车性能主要途径，对系统的设计与实现问题加以研究十分必要。
1 消防车建模工具的选择
建模常用工具主要包括3种，分别为3dsMax、Maya以及MultiGen Creator，三者在功能、实现原理以及适用范围方面存在一定差异，具体体现在以下方面[1]：（1）3dsMax：适用于建筑以及虚拟现实领域，建模工具以多边形为主，优势在于简单易懂，容易操作，模型具有可移植性，缺陷在于部分插件缺失，需通过互联网获取[2]。（2）Maya：适用于动画片以及电影的制作等领域，建模工具以多边形及细分表面建模为主，优势在于能够支持复杂的材质建模，缺陷在于操作困难。（3）MultiGen Creator：适用于大型地形的仿真，建模工具以多边形建模为主，优势在于实时性强，缺陷在于成本高[3]。
综合考虑上述建模工具的特点，决定将3dsMax作为主要建模工具，完成消防车的建模与仿真。
2 消防车建模与仿真系统的设计与实现
2.1 消防车建模与仿真系统的设计
2.1.1 系统结构设计
系统由加载、编辑、动画控制以及渲染4大模块构成：（1）加载模块：功能在于加载静态以及动态场景[4]。（2）编辑模块：功能在于对动态以及静态的场景加以编辑，确保能够更加准确的反映消防车的正常功能状态[5]。（3）动画控制模块：包括单一动画控制与复合动画控制两大功能。（4）渲染模块：功能在于渲染视图区域，使模拟与仿真效果更加清晰的体现。
2.1.2 消防车模型的设计
消防车模型的设计方法如下：（1）根据消防车实际组成部分，采用3sMax建模工具，设计了消防车模型，模型共包括车头、车轮、车厢、大梁、消防云梯等不同部分。（2）针对不同部位，建立约束条件，将消防车车头，作为模型的根节点，消防车的行驶以及转弯的过程，均由车头控制。（3）消防车模型的设计步骤如下：基于3sMax建模工具，创建相应对象，初始化每一对象的名称，针对每一对象，建立容器对象，创建控制器对象，通过指定路径，加载文件模型。
2.1.4 消防车动画的设计
消防车包括动态与静态两种形式，动画设计时，应对上述两种形态的消防车进行区别设计，消防车动态设计方法如下：确定动画类型，调用选中的驱动接口，获得动画集，根据系统刷新的时间间隔，设置相邻动画帧的流逝时间。根据控制器情况，确定每一集的运行时长，读取动画状态，从根节点开始，递归更新每一对象，完成消防车的动态设计。
2.2 消防车建模与仿真系统的实现
2.2.1 类的确定
消防车建模与仿真系统中的类主要包括Fire engine model、CAllocate hierearchy及D3DXMESHCONTAINER-DERIVED等，上述3种类的功能如下：
（1）Fire engine model：属于消防车模型类的一种，功能在于对模型的加载以及编辑等过程提供支持。（2）CAllocate hierearchy：属于网格层次模型类的一种，功能在于对模型的创建以及更新等过程提供支持。（3）D3DXMESHCONTAINER-DERIVED：属于网格容器类的一种，功能在于对消防车模型的材质以及纹理等进行优化设计，确保所建立的消防车模型能够与实际模型更加一致。
2.2.2 系统开发环境
（1）系统开发语言：C++语言。（2）系统应用接口：DirectX。（3）操作系统：windows 7。（4）软件环境：DirectX9.0cJune2010。
在上述系统开发环境下，通过实验的方法，对软件的功能进行了验证。
3 系统功能评估
3.1 系统功能评估方法
3.1.1加载模块功能评估方法
（1）选择不同类型的室外场景，加入到系统中。（2）选择建立好的消防车模型，加入到系统中。（3）观察场景以及消防车加载情况。
3.1.2 绘制模块功能评估方法
（1）采用D3DLibrary类评估绘制模块功能。（2）调用不同常见的不同绘制方法。（3）窗口1ms刷新1次。（4）观察消防车模型的绘制情况。
3.1.3 编辑模块功能评估方法
（1）从示例视图区域选择模型，并将其加入到渲染容器中。（2）绘制到主视图区域。（3）根据拾取算法，对模型进行检测。（4）观察系统编辑模块的实现情况。
3.1.4 动画控制模块功能评估方法
（1）通过消防云梯的上升以及下降过程，评估了动画控制模块的功能。（2）观察消防云梯的上升以及下降情况。
3.2 系统功能评估结果
通过对系统功能的评估，得出如下结论：（1）系统对不同场景以及消防车加载速度快，效率高，应用优势显著。（2）系统能够有效绘制消防车模型及相应场景，绘制效果与窗口的刷新速度相协调。（3）系统编辑模块功能能够达到要求。（4）消防云梯的上升以及下降过程，能够顺利实现，与实际消防车云梯的下降以及上升情况对比，无显著差异。
通过系统功能评估结果可以看出，采用3dsMax工具所建立的消防车仿真模型，与实际消防车的工作情况相符合，能够反映消防车在不同场景下的静态以及动态情况，將其应用到消防车的设计过程中，对于设计水平的提高，以及消防车性能的提升，具有重要意义。
结论：
综上所述，有关领域应将3dsMax建模工具应用到消防车建模以及仿真系统的设计中，提高消防车建模水平以及仿真效果，提高消防车设计水平。（指导教师：刘绍力）
参考文献：
[1]孟莹，于文华，蔡亚光. 森林消防车整车行驶平顺性试验研究[J]. 林业机械与木工设备，2015，03：22-26.
[2]贾立山，王立文. 机场消防车消防泵系统实时仿真模型的构建[J]. 系统仿真学报，2015，06：1209-1213+1220.
[3]高顺德，邓梁，曹旭阳，崔竹君. 基于AMESim的百米登高平台消防车工作平台液压系统仿真[J]. 中国工程机械学报，2012，03：291-296.
[4]王铁，高昱，申晋宪. 水罐消防车操纵稳定性与平顺性的仿真优化[J]. 汽车工程，2012，12：1114-1118.
[5]高颖毅. 某型消防车储水罐主、被动保温条件下保温性能研究[J]. 天津理工大学学报，2012，06：81-83+88.
【关键词】：消防车；建模；仿真；系统；设计与实现
前言：消防车由车门、车轮、消防云梯以及消防水管等不同部分组成，各部分性能的优化程度，及其运行的协调性，是影响火灾营救效率的主要因素，在应用计算机技术的基础上，设计消防车建模与仿真系统，是最大程度提高消防车性能主要途径，对系统的设计与实现问题加以研究十分必要。
1 消防车建模工具的选择
建模常用工具主要包括3种，分别为3dsMax、Maya以及MultiGen Creator，三者在功能、实现原理以及适用范围方面存在一定差异，具体体现在以下方面[1]：（1）3dsMax：适用于建筑以及虚拟现实领域，建模工具以多边形为主，优势在于简单易懂，容易操作，模型具有可移植性，缺陷在于部分插件缺失，需通过互联网获取[2]。（2）Maya：适用于动画片以及电影的制作等领域，建模工具以多边形及细分表面建模为主，优势在于能够支持复杂的材质建模，缺陷在于操作困难。（3）MultiGen Creator：适用于大型地形的仿真，建模工具以多边形建模为主，优势在于实时性强，缺陷在于成本高[3]。
综合考虑上述建模工具的特点，决定将3dsMax作为主要建模工具，完成消防车的建模与仿真。
2 消防车建模与仿真系统的设计与实现
2.1 消防车建模与仿真系统的设计
2.1.1 系统结构设计
系统由加载、编辑、动画控制以及渲染4大模块构成：（1）加载模块：功能在于加载静态以及动态场景[4]。（2）编辑模块：功能在于对动态以及静态的场景加以编辑，确保能够更加准确的反映消防车的正常功能状态[5]。（3）动画控制模块：包括单一动画控制与复合动画控制两大功能。（4）渲染模块：功能在于渲染视图区域，使模拟与仿真效果更加清晰的体现。
2.1.2 消防车模型的设计
消防车模型的设计方法如下：（1）根据消防车实际组成部分，采用3sMax建模工具，设计了消防车模型，模型共包括车头、车轮、车厢、大梁、消防云梯等不同部分。（2）针对不同部位，建立约束条件，将消防车车头，作为模型的根节点，消防车的行驶以及转弯的过程，均由车头控制。（3）消防车模型的设计步骤如下：基于3sMax建模工具，创建相应对象，初始化每一对象的名称，针对每一对象，建立容器对象，创建控制器对象，通过指定路径，加载文件模型。
2.1.4 消防车动画的设计
消防车包括动态与静态两种形式，动画设计时，应对上述两种形态的消防车进行区别设计，消防车动态设计方法如下：确定动画类型，调用选中的驱动接口，获得动画集，根据系统刷新的时间间隔，设置相邻动画帧的流逝时间。根据控制器情况，确定每一集的运行时长，读取动画状态，从根节点开始，递归更新每一对象，完成消防车的动态设计。
2.2 消防车建模与仿真系统的实现
2.2.1 类的确定
消防车建模与仿真系统中的类主要包括Fire engine model、CAllocate hierearchy及D3DXMESHCONTAINER-DERIVED等，上述3种类的功能如下：
（1）Fire engine model：属于消防车模型类的一种，功能在于对模型的加载以及编辑等过程提供支持。（2）CAllocate hierearchy：属于网格层次模型类的一种，功能在于对模型的创建以及更新等过程提供支持。（3）D3DXMESHCONTAINER-DERIVED：属于网格容器类的一种，功能在于对消防车模型的材质以及纹理等进行优化设计，确保所建立的消防车模型能够与实际模型更加一致。
2.2.2 系统开发环境
（1）系统开发语言：C++语言。（2）系统应用接口：DirectX。（3）操作系统：windows 7。（4）软件环境：DirectX9.0cJune2010。
在上述系统开发环境下，通过实验的方法，对软件的功能进行了验证。
3 系统功能评估
3.1 系统功能评估方法
3.1.1加载模块功能评估方法
（1）选择不同类型的室外场景，加入到系统中。（2）选择建立好的消防车模型，加入到系统中。（3）观察场景以及消防车加载情况。
3.1.2 绘制模块功能评估方法
（1）采用D3DLibrary类评估绘制模块功能。（2）调用不同常见的不同绘制方法。（3）窗口1ms刷新1次。（4）观察消防车模型的绘制情况。
3.1.3 编辑模块功能评估方法
（1）从示例视图区域选择模型，并将其加入到渲染容器中。（2）绘制到主视图区域。（3）根据拾取算法，对模型进行检测。（4）观察系统编辑模块的实现情况。
3.1.4 动画控制模块功能评估方法
（1）通过消防云梯的上升以及下降过程，评估了动画控制模块的功能。（2）观察消防云梯的上升以及下降情况。
3.2 系统功能评估结果
通过对系统功能的评估，得出如下结论：（1）系统对不同场景以及消防车加载速度快，效率高，应用优势显著。（2）系统能够有效绘制消防车模型及相应场景，绘制效果与窗口的刷新速度相协调。（3）系统编辑模块功能能够达到要求。（4）消防云梯的上升以及下降过程，能够顺利实现，与实际消防车云梯的下降以及上升情况对比，无显著差异。
通过系统功能评估结果可以看出，采用3dsMax工具所建立的消防车仿真模型，与实际消防车的工作情况相符合，能够反映消防车在不同场景下的静态以及动态情况，將其应用到消防车的设计过程中，对于设计水平的提高，以及消防车性能的提升，具有重要意义。
结论：
综上所述，有关领域应将3dsMax建模工具应用到消防车建模以及仿真系统的设计中，提高消防车建模水平以及仿真效果，提高消防车设计水平。（指导教师：刘绍力）
参考文献：
[1]孟莹，于文华，蔡亚光. 森林消防车整车行驶平顺性试验研究[J]. 林业机械与木工设备，2015，03：22-26.
[2]贾立山，王立文. 机场消防车消防泵系统实时仿真模型的构建[J]. 系统仿真学报，2015，06：1209-1213+1220.
[3]高顺德，邓梁，曹旭阳，崔竹君. 基于AMESim的百米登高平台消防车工作平台液压系统仿真[J]. 中国工程机械学报，2012，03：291-296.
[4]王铁，高昱，申晋宪. 水罐消防车操纵稳定性与平顺性的仿真优化[J]. 汽车工程，2012，12：1114-1118.
[5]高颖毅. 某型消防车储水罐主、被动保温条件下保温性能研究[J]. 天津理工大学学报，2012，06：81-83+88.