虛擬森林火場的技術研究和場景建模.pdf

1、森林火災對森林造成的影響非常嚴重，它破壞森林資源，降低森林質量，引起水土流失，造成野生物種減少，迫使鳥獸遷移。同時，森林大火產生的大量煙塵，既污染大氣環(huán)境，又危害人類健康。而我們傳統(tǒng)意義上對森林火場的研究往往局限在理論上，實驗方面的研究要么投資大，要么模擬的條件過于復雜不容易實現(xiàn)，因此很難開展。虛擬現(xiàn)實技術恰好解決了這個問題，用虛擬現(xiàn)實技術研究森林火災，具有投資小、仿真效果好且便于實現(xiàn)的特點。通過虛擬森林火場建模，并根據(jù)物種分布、環(huán)境變

2、化、地勢變化等影響因素來模擬仿真森林火災，指揮森林火災撲救工作，可以提高撲救效率，最大限度減少森林火災造成的損失。 本文就是運用虛擬現(xiàn)實技術，通過虛擬森林火場建模，并創(chuàng)建火場中的樹木、地形、房屋、道路等模型，生成三維森林火災場景，通過模擬不同條件下的森林火場變化，進行森林火災的研究和仿真，進而指導森林火災應急指揮。 首先，本文通過地形學和遙感影像的理論對采集的數(shù)據(jù)進行處理，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；然后，通過分析地形變化和物種分布，創(chuàng)建地形模型、樹木模型、房屋模型、道路模型、瞭望臺模型，組合并優(yōu)化三維森林火災場景。在此基礎上，本文根據(jù)近似的橢圓模型和風向、風速、坡度、坡向等影響因素分別模擬二維場景和三維場景中森林火災的變化。在二維場景中，本文提出改進的自動機模型算法，通過對傳統(tǒng)自動機模型算法增加格網(wǎng)邊界處理，彌補了傳統(tǒng)算法在格網(wǎng)較大時誤差較大的缺陷，取得了較好的仿真效果；在三維場

4、景中，本文采用三維元胞自動機仿真算法，該算法是二維改進自動機模型算法的擴展，利用二維算法中得到的著火點的平面坐標，求出火災蔓延的面積和高度，保證二維場景和三維場景下火災蔓延的同步。單純的同步還不能逼真地表現(xiàn)三維場景中火災蔓延效果，本文又采用了Vega和OpenGL相結合的處理方法，取得了不錯的模擬效果，但當三維場景中有多個著火點時，要處理的數(shù)據(jù)量過大，模擬時速度會變慢，本文利用了分布式處理技術，引用了三維元胞自動機算法得到的影響因子權重