基于Unity3D粒子系統(tǒng)的消防水槍流體噴射仿真研究

平桉+++程乃偉

摘 要：消防水槍的模擬在消防演練實習中起到至關重要的作用，能夠模擬到消防水槍的噴射過程。通過合理的計算得到水槍的工作過程。為了能夠有效的實現(xiàn)消防水槍的模擬，建立逼真的噴射效果。提出了一種基于Unity3D粒子系統(tǒng)仿真技術，然后再通過模擬場景有效結(jié)合，模擬出火災場景的火的特效。通過有效數(shù)據(jù)的計算和粒子系統(tǒng)的碰撞檢測，最終實現(xiàn)了消防水槍流體噴射的有效模擬，增加了場景的逼真效果。

關鍵詞：Unity3D；粒子系統(tǒng)；消防水槍；碰撞檢測

引言

隨著科技的進步，各種各樣的仿真模擬在不斷發(fā)展，如果Unity3D作為新的開發(fā)工具，不斷代替了傳統(tǒng)的開發(fā)工具。Unity3D中的粒子系統(tǒng)更是能給許多仿真模擬帶來很大的方便之處。在火災演練過程中，消防水槍的仿真模擬變得越來越重要，一個有效的模擬可以給消防演練可以引起人們的更多重視。如今，應用粒子系統(tǒng)模擬火、云、雪花、水等特效已經(jīng)變的很普遍了。1983年Reeves首次系統(tǒng)的提出應用粒子系統(tǒng)模擬虛擬場景中不規(guī)則的物體方法。并且到目前為止。粒子系統(tǒng)也逐步被人們認為是最有效的方式。雖然粒子系統(tǒng)中含有復雜的屬性和參數(shù)，但是通過粒子系統(tǒng)的應用可以滿足火、煙霧和水流的基本特征。達到相對逼真的視覺效果。在該場景中重點是模擬火災場景的火災現(xiàn)象和水槍噴射的現(xiàn)象。本文是通過Unity3D的粒子系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)實生活中的水槍噴水的物理現(xiàn)象，然后給粒子系統(tǒng)添加碰撞效果和重力效果。在利用Unity3D中的API接口函數(shù)。實現(xiàn)水在噴水過程中的重力影響。并根據(jù)牛頓的物理公式計算出水槍的噴射距離。并同過粒子系統(tǒng)中粒子的粒子的生命周期、粒子的初速度、角速度、粒子渲染的屬性。更加真實的模擬出滅火過程與噴射過程的相關性。

1 粒子系統(tǒng)

粒子系統(tǒng)的基本原理：1983年，Reeves首次提出了粒子系統(tǒng)方法并在虛擬仿真中的得到廣泛的應用。粒子系統(tǒng)的基本原理是使用大量的、具有狀態(tài)和屬性的微小粒子來模擬具有不規(guī)則的物理現(xiàn)象。并且通過不斷改變粒子系統(tǒng)中每個粒子的屬性和狀態(tài)來達到逼真的模擬效果。每個微小的粒子都存在自己的生命周期。隨著時間的推移粒子都會經(jīng)歷“產(chǎn)生”、“活動”和“死亡”三個階段。舊粒子的不斷死亡、新粒子也會不斷的產(chǎn)生，如果能夠在做到隨著時間的推移去控制新粒子的產(chǎn)生個數(shù)，從而達到更好的滅火效果，實現(xiàn)更加逼真的模擬。粒子系統(tǒng)是不斷發(fā)生這變化，粒子是個動態(tài)的產(chǎn)生過程。通過控制粒子的動態(tài)產(chǎn)生過程可以有效的控制粒子的消亡和產(chǎn)生，達到仿真模擬的真實效果。我們觀察粒子系統(tǒng)的屬性不難發(fā)現(xiàn)通過控制粒子的基本屬性可以達到很好的仿真效果，實現(xiàn)通過水槍的噴射動態(tài)滅火的效果。為了增加消防水槍的逼真效果。通過設置粒子系統(tǒng)中的粒子個數(shù)的最小值和最大值，使得粒子系統(tǒng)具有一個由少變多的動態(tài)過程，同時設置環(huán)境重力加速度、風向等環(huán)境因素，可以達到一個逼真的噴射效果，為了達到一個逼真的效果。考慮到水槍口徑、水壓、重力環(huán)境和噴角等影響因素，并通過UI設計和代碼的控制實現(xiàn)更加逼真的效果。

2 消防水槍流體噴射實現(xiàn)過程

2.1 消防水槍流體噴射場景的模擬設計。該仿真模擬的場景是通過Unity3D實現(xiàn)。首先通過Terrier組件創(chuàng)建地形，然后通過地形中自帶的一些屬性，對地形的具體細節(jié)進行細化。該地形中存在的樹木是通過導入資源包后細節(jié)描述添加得到的。

2.2 火效果的實現(xiàn)。通過粒子系統(tǒng)的渲染特性，為該場景中添加了火的特效。通過對Particle System中的Render屬性中材質(zhì)屬性的添加。實習火的虛擬仿真。

2.3 噴射水槍的仿真模擬實現(xiàn)。在Unity3D中的需要自定義粒子系統(tǒng)的粒子基本屬性。通過對以上粒子系統(tǒng)的有效設計，已經(jīng)控制粒子系統(tǒng)中每個粒子的生命周期、初始大小、初始速度等基本屬性通過C#腳本語言控制。通過代碼的編寫，可以實現(xiàn)火特效的有效控制，可以實現(xiàn)水滅火的逼真模擬。

3 模擬結(jié)果與分析

通過上面兩個場景進行有效的比較可以看出，通過對消防水槍的有效控制可以達到逼真的模擬效果，實現(xiàn)消防水槍噴射的有效模擬。同時也說明使用Unity3D仿真模擬是一種高效的仿真?？梢詰迷谙姥菥毜雀鱾€方面。

4 結(jié)束語

本文主要對Unity3D粒子系統(tǒng)的基本原理和Unity3D中粒子系統(tǒng)中的粒子基本屬性進行了介紹和應用，然后通過火、水、煙霧等粒子特效進行了有效的利用，最后實現(xiàn)噴射流體噴射過程的有效模擬。但是本文中還存在著許多不足的地方。比如風速、火勢大小等外界條件的控制還沒有得到有效的應用。雖然只是表面上實現(xiàn)了基本的仿真模擬，但是考慮到專業(yè)的數(shù)據(jù)的得到和實現(xiàn)，需要在后續(xù)的工作中留下足夠多的接口，讓更多的專業(yè)人士去應用。

參考文獻

[1]何水艷，丁沂.粒子系統(tǒng)與碰撞檢測的研究[J].輕工科技，計算機與信息技術，2012（6）.

[2]趙建峰，鄭寶林，張理濤.基于Unity3D的消防演習系統(tǒng)研究[J].福建電腦，2015（12）.

[3]張錫英，韓吉燁.基于Unity3D的虛擬水流墻系統(tǒng)的設計研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2014（8）.

作者簡介：平桉（1992，05-），男，漢，山西省長治市，沈陽航空航天大學安全工程學院，碩士研究生，信息化安全。