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虚拟森林火场的技术研究和场景建模

【作者】 李琰琰

【导师】 蔡家楣; 王卫红;

【作者基本信息】 浙江工业大学, 计算机应用技术, 2006, 硕士

【摘要】 森林火灾对森林造成的影响非常严重,它破坏森林资源,降低森林质量,引起水土流失,造成野生物种减少,迫使鸟兽迁移。同时,森林大火产生的大量烟尘,既污染大气环境,又危害人类健康。而我们传统意义上对森林火场的研究往往局限在理论上,实验方面的研究要么投资大,要么模拟的条件过于复杂不容易实现,因此很难开展。虚拟现实技术恰好解决了这个问题,用虚拟现实技术研究森林火灾,具有投资小、仿真效果好且便于实现的特点。通过虚拟森林火场建模,并根据物种分布、环境变化、地势变化等影响因素来模拟仿真森林火灾,指挥森林火灾扑救工作,可以提高扑救效率,最大限度减少森林火灾造成的损失。 本文就是运用虚拟现实技术,通过虚拟森林火场建模,并创建火场中的树木、地形、房屋、道路等模型,生成三维森林火灾场景,通过模拟不同条件下的森林火场变化,进行森林火灾的研究和仿真,进而指导森林火灾应急指挥。 首先,本文通过地形学和遥感影像的理论对采集的数据进行处理,利用生成的DEM(Digital Elevation Model)数据和遥感影像数据,建立虚拟森林火场;然后,通过分析地形变化和物种分布,创建地形模型、树木模型、房屋模型、道路模型、瞭望台模型,组合并优化三维森林火灾场景。在此基础上,本文根据近似的椭圆模型和风向、风速、坡度、坡向等影响因素分别模拟二维场景和三维场景中森林火灾的变化。在二维场景中,本文提出改进的自动机模型算法,通过对传统自动机模型算法增加格网边界处理,弥补了传统算法在格网较大时误差较大的缺陷,取得了较好的仿真效果;在三维场景中,本文采用三维元胞自动机仿真算法,该算法是二维改进自动机模型算法的扩展,利用二维算法中得到的着火点的平面坐标,求出火灾蔓延的面积和高度,保证二维场景和三维场景下火灾蔓延的同步。单纯的同步还不能逼真地表现三维场景中火灾蔓延效果,本文又采用了Vega和OpenGL相结合的处理方法,取得了不错的模拟效果,但当三维场景中有多个着火点时,要处理的数据量过大,模拟时速度会变慢,本文利用了分布式处理技术,引用了三维元胞自动机算法得到的影响因子权重,形成分布式火灾蔓延算法,该算法能较好地解决这个问题。 最后,本文利用VC、VEGA、MO、Multigen等技术,结合研究课题和实际工作,构建了一个二维和三维数据相结合的森林火灾应急指挥系统——Forest Fire.NET,运用上述的模型和算法,较好地模拟了森林火场的情况,为指挥森林火灾扑救提供了帮助。

  • 【分类号】TP391.9
  • 【被引频次】12
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