基于Unity3D粒子系统的消防水枪流体喷射仿真研究

平桉+++程乃伟

摘 要：消防水枪的模拟在消防演练实习中起到至关重要的作用，能够模拟到消防水枪的喷射过程。通过合理的计算得到水枪的工作过程。为了能够有效的实现消防水枪的模拟，建立逼真的喷射效果。提出了一种基于Unity3D粒子系统仿真技术，然后再通过模拟场景有效结合，模拟出火灾场景的火的特效。通过有效数据的计算和粒子系统的碰撞检测，最终实现了消防水枪流体喷射的有效模拟，增加了场景的逼真效果。

关键词：Unity3D；粒子系统；消防水枪；碰撞检测

引言

随着科技的进步，各种各样的仿真模拟在不断发展，如果Unity3D作为新的开发工具，不断代替了传统的开发工具。Unity3D中的粒子系统更是能给许多仿真模拟带来很大的方便之处。在火灾演练过程中，消防水枪的仿真模拟变得越来越重要，一个有效的模拟可以给消防演练可以引起人们的更多重视。如今，应用粒子系统模拟火、云、雪花、水等特效已经变的很普遍了。1983年Reeves首次系统的提出应用粒子系统模拟虚拟场景中不规则的物体方法。并且到目前为止。粒子系统也逐步被人们认为是最有效的方式。虽然粒子系统中含有复杂的属性和参数，但是通过粒子系统的应用可以满足火、烟雾和水流的基本特征。达到相对逼真的视觉效果。在该场景中重点是模拟火灾场景的火灾现象和水枪喷射的现象。本文是通过Unity3D的粒子系统，结合现实生活中的水枪喷水的物理现象，然后给粒子系统添加碰撞效果和重力效果。在利用Unity3D中的API接口函数。实现水在喷水过程中的重力影响。并根据牛顿的物理公式计算出水枪的喷射距离。并同过粒子系统中粒子的粒子的生命周期、粒子的初速度、角速度、粒子渲染的属性。更加真实的模拟出灭火过程与喷射过程的相关性。

1 粒子系统

粒子系统的基本原理：1983年，Reeves首次提出了粒子系统方法并在虚拟仿真中的得到广泛的应用。粒子系统的基本原理是使用大量的、具有状态和属性的微小粒子来模拟具有不规则的物理现象。并且通过不断改变粒子系统中每个粒子的属性和状态来达到逼真的模拟效果。每个微小的粒子都存在自己的生命周期。随着时间的推移粒子都会经历“产生”、“活动”和“死亡”三个阶段。旧粒子的不断死亡、新粒子也会不断的产生，如果能够在做到随着时间的推移去控制新粒子的产生个数，从而达到更好的灭火效果，实现更加逼真的模拟。粒子系统是不断发生这变化，粒子是个动态的产生过程。通过控制粒子的动态产生过程可以有效的控制粒子的消亡和产生，达到仿真模拟的真实效果。我们观察粒子系统的属性不难发现通过控制粒子的基本属性可以达到很好的仿真效果，實现通过水枪的喷射动态灭火的效果。为了增加消防水枪的逼真效果。通过设置粒子系统中的粒子个数的最小值和最大值，使得粒子系统具有一个由少变多的动态过程，同时设置环境重力加速度、风向等环境因素，可以达到一个逼真的喷射效果，为了达到一个逼真的效果。考虑到水枪口径、水压、重力环境和喷角等影响因素，并通过UI设计和代码的控制实现更加逼真的效果。

2 消防水枪流体喷射实现过程

2.1 消防水枪流体喷射场景的模拟设计。该仿真模拟的场景是通过Unity3D实现。首先通过Terrier组件创建地形，然后通过地形中自带的一些属性，对地形的具体细节进行细化。该地形中存在的树木是通过导入资源包后细节描述添加得到的。

2.2 火效果的实现。通过粒子系统的渲染特性，为该场景中添加了火的特效。通过对Particle System中的Render属性中材质属性的添加。实习火的虚拟仿真。

2.3 喷射水枪的仿真模拟实现。在Unity3D中的需要自定义粒子系统的粒子基本属性。通过对以上粒子系统的有效设计，已经控制粒子系统中每个粒子的生命周期、初始大小、初始速度等基本属性通过C#脚本语言控制。通过代码的编写，可以实现火特效的有效控制，可以实现水灭火的逼真模拟。

3 模拟结果与分析

通过上面两个场景进行有效的比较可以看出，通过对消防水枪的有效控制可以达到逼真的模拟效果，实现消防水枪喷射的有效模拟。同时也说明使用Unity3D仿真模拟是一种高效的仿真。可以应用在消防演练等各个方面。

4 结束语

本文主要对Unity3D粒子系统的基本原理和Unity3D中粒子系统中的粒子基本属性进行了介绍和应用，然后通过火、水、烟雾等粒子特效进行了有效的利用，最后实现喷射流体喷射过程的有效模拟。但是本文中还存在着许多不足的地方。比如风速、火势大小等外界条件的控制还没有得到有效的应用。虽然只是表面上实现了基本的仿真模拟，但是考虑到专业的数据的得到和实现，需要在后续的工作中留下足够多的接口，让更多的专业人士去应用。

参考文献

[1]何水艳，丁沂.粒子系统与碰撞检测的研究[J].轻工科技，计算机与信息技术，2012（6）.

[2]赵建峰，郑宝林，张理涛.基于Unity3D的消防演习系统研究[J].福建电脑，2015（12）.

[3]张锡英，韩吉烨.基于Unity3D的虚拟水流墙系统的设计研究[J].安徽农业科学，2014（8）.

作者简介：平桉（1992，05-），男，汉，山西省长治市，沈阳航空航天大学安全工程学院，硕士研究生，信息化安全。