[發明專利]一種基于粒子系統網格的煙氣可視化方法

在審

• 申請號: 201710740751.0
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107391881A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 許鎮;袁靜雨;張宗才
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/20;G09B9/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及防災減災技術領域，特別是指一種基于粒子系統網格的煙氣可視化方法。

背景技術

在建筑火災中，合理的疏散是避免火災人員傷亡的重要途徑。然而，帶有真實火災的實際訓練具有很大難度。不僅需要花費高成本，還涉及人員安全的問題。而虛擬疏散訓練系統則具有明顯優勢，可以安全、低成本地使學員有計劃的反復訓練，以提高火災疏散能力，減少人員傷亡。在疏散中，煙氣會影響逃生者的能見度，增加疏散的難度。因此，準確、真實感的煙氣可視化對于虛擬疏散訓練至關重要。

目前的虛擬疏散訓練中煙氣具有一定的真實感，但缺乏科學數據的支持，其分布和運動規律都不具有合理性。在煙氣可視化的相關研究中，已經有一些簡化的方法(例如細胞自動機和隨機變量方法)來模擬煙氣的動態演變(Chittaro L,Ranon R.Serious Games for training occupants of a building in personal fire safety skills[C]//Games and Virtual Worlds for Serious Applications,2009.VS-GAMES'09.Conference in.IEEE,2009:76-83)，但這些簡化方法獲得的煙氣分布和可見度并不準確。在計算機圖形學中，粒子系統是一種常見的煙氣真實感可視化方法(肖鵬，劉更代，徐明亮.OpenSceneGraph三維渲染引擎編程指南[M].清華大學出版社,2010.)。基于粒子系統的煙氣可視化具有很好的真實感，但必須由科學的煙氣數據支撐才能創建準確的煙氣可視化效果，服務火災虛擬疏散。

當期，許多計算流體動力學(computational fluid dynamics,CFD)平臺能夠計算出相當精確的煙氣動態分布情況。例如，由美國國家標準與技術研究所(NIST)開發的火災動態模擬器(fire dynamics simulator,FDS)與實際實驗值具有較小的誤差，并廣泛應用于各種火災調查。

因此，本發明采用FDS煙氣模擬數據為依托，利用粒子系統網格實現火災煙氣的真實感可視化，為實現準確、真實感的煙氣可視化場景提供一種新的技術方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于粒子系統網格的煙氣可視化方法，實現具有科學依據和真實感的煙氣蔓延可視化，為虛擬疏散提供了真實、可信的火災疏散環境。

該方法包括如下步驟：

(1)FDS網格劃分及火災模擬：

FDS將建筑模型空間分成具有指定熱物理性質的離散網格，FDS按照固定時間步長輸出每個網格的火場參數；在FDS中進行火災模擬，輸出每個網格的可見度時程數據；

(2)建立OSG與FDS的時空對應關系：

根據FDS模型文件獲取步驟(1)中網格劃分的尺寸，在OSG模型中建立對應的網格；然后，根據FDS模擬的煙氣效果，設置粒子系統紋理；再根據FDS模擬的總時間和固定時間步長，確定在OSG中建立對應的幀數；

(3)設置粒子系統的開啟與關閉：

在OSG中，以FDS輸出文件每個網格中的可見度參數作為粒子系統的開啟和關閉標準；在OSG中把粒子系統加入到OSG圖形控制單元node中，通過node->setNodeMask設置開啟或關閉粒子系統，node->setNodeMask(1)表示開啟，node->setNodeMask(0x0)表示關閉；

(4)形成動態煙氣可視化：

通過OSG中while(！viewer.done()){viewer.frame()；}循環，檢查所有網格中的粒子系統，判斷每個網格可見度與閾值的關系；最后使用osg::Drawable::UpdateCallback更新回調函數，將上述操作形成循環播放，形成動態的煙氣可視化。

其中，步驟(1)中的離散網格尺寸不大于1m×1m×1m。

步驟(1)中的離散網格包含隨火災發展的動態火場參數：有害氣體濃度、可見度、溫度等。

步驟(2)中通過OSG中osgParticle空間的SmokeEffect類在OSG模型的每一個網格中設置一個關閉的粒子系統。

步驟(2)中OSG中的總幀數等于FDS模擬總步長數。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

本發明基于火災模擬和粒子系統網格的煙氣可視化方法，可實現具有科學依據和真實感的煙氣蔓延可視化，為虛擬疏散提供可信的火災疏散環境。

附圖說明