虛擬森林火場(chǎng)的技術(shù)研究和場(chǎng)景建模.pdf

1、森林火災(zāi)對(duì)森林造成的影響非常嚴(yán)重，它破壞森林資源，降低森林質(zhì)量，引起水土流失，造成野生物種減少，迫使鳥(niǎo)獸遷移。同時(shí)，森林大火產(chǎn)生的大量煙塵，既污染大氣環(huán)境，又危害人類健康。而我們傳統(tǒng)意義上對(duì)森林火場(chǎng)的研究往往局限在理論上，實(shí)驗(yàn)方面的研究要么投資大，要么模擬的條件過(guò)于復(fù)雜不容易實(shí)現(xiàn)，因此很難開(kāi)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)恰好解決了這個(gè)問(wèn)題，用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究森林火災(zāi)，具有投資小、仿真效果好且便于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。通過(guò)虛擬森林火場(chǎng)建模，并根據(jù)物種分布、環(huán)境變

2、化、地勢(shì)變化等影響因素來(lái)模擬仿真森林火災(zāi)，指揮森林火災(zāi)撲救工作，可以提高撲救效率，最大限度減少森林火災(zāi)造成的損失。 本文就是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)虛擬森林火場(chǎng)建模，并創(chuàng)建火場(chǎng)中的樹(shù)木、地形、房屋、道路等模型，生成三維森林火災(zāi)場(chǎng)景，通過(guò)模擬不同條件下的森林火場(chǎng)變化，進(jìn)行森林火災(zāi)的研究和仿真，進(jìn)而指導(dǎo)森林火災(zāi)應(yīng)急指揮。 首先，本文通過(guò)地形學(xué)和遙感影像的理論對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用生成的DEM(DigitalElevatio

3、nModel)數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)，建立虛擬森林火場(chǎng)；然后，通過(guò)分析地形變化和物種分布，創(chuàng)建地形模型、樹(shù)木模型、房屋模型、道路模型、瞭望臺(tái)模型，組合并優(yōu)化三維森林火災(zāi)場(chǎng)景。在此基礎(chǔ)上，本文根據(jù)近似的橢圓模型和風(fēng)向、風(fēng)速、坡度、坡向等影響因素分別模擬二維場(chǎng)景和三維場(chǎng)景中森林火災(zāi)的變化。在二維場(chǎng)景中，本文提出改進(jìn)的自動(dòng)機(jī)模型算法，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)自動(dòng)機(jī)模型算法增加格網(wǎng)邊界處理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)算法在格網(wǎng)較大時(shí)誤差較大的缺陷，取得了較好的仿真效果；在三維場(chǎng)

4、景中，本文采用三維元胞自動(dòng)機(jī)仿真算法，該算法是二維改進(jìn)自動(dòng)機(jī)模型算法的擴(kuò)展，利用二維算法中得到的著火點(diǎn)的平面坐標(biāo)，求出火災(zāi)蔓延的面積和高度，保證二維場(chǎng)景和三維場(chǎng)景下火災(zāi)蔓延的同步。單純的同步還不能逼真地表現(xiàn)三維場(chǎng)景中火災(zāi)蔓延效果，本文又采用了Vega和OpenGL相結(jié)合的處理方法，取得了不錯(cuò)的模擬效果，但當(dāng)三維場(chǎng)景中有多個(gè)著火點(diǎn)時(shí)，要處理的數(shù)據(jù)量過(guò)大，模擬時(shí)速度會(huì)變慢，本文利用了分布式處理技術(shù)，引用了三維元胞自動(dòng)機(jī)算法得到的影響因子權(quán)重