[發明專利]大規模火災動態煙霧場的輕量級網頁可視化方法及系統

有效

• 申請號: 201810072414.3
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108304524B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 賈金原;閆豐亭;朱合華;郭慶華;胡永豪
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F16/957
• 分類號: G06F16/957;G06T13/20
• 代理公司: 31225 上海科盛知識產權代理有限公司
• 代理人: 翁惠瑜<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種大規模火災動態煙霧場的輕量級網頁可視化方法及系統，所述方法包括以下步驟：1)服務器端采用體素化方式將原始煙氣數據進行輕量化處理，獲得輕量級煙氣數據；2)瀏覽器端接收所述輕量級煙氣數據進行渲染，實現實時網頁可視化。與現有技術相比，本發明具有自動化、真實化、精確化、輕量化等優點，可實現網頁級大規模煙霧場實時可視化。

技術領域

本發明涉及火災場景模擬技術，尤其是涉及一種大規模火災動態煙霧場的輕量級網頁可視化方法及系統。

背景技術

火災產生的動態煙氣的數據量巨大，擴散時形態變化復雜，使得煙氣可視化渲染的計算量與存儲量均很大，所以動態煙霧場的實時可視化一直都是一個難題。即便是單機版，目前在大規模場景中進行煙氣可視化，還是需要耗費巨大的硬件資源。而在網頁上進行大規模煙氣可視化，在硬件內存上受到了更多的限制，網頁的渲染能力也是遠遠低于單機上的渲染能力。由此，輕量級的大規模火災煙霧場景的可視化實現，長期以來一直沒有得到解決。

目前煙氣表現形式多種多樣，從Stam J等人開始就對煙霧的蔓延問題進行了研究，美國Zhu B等人利用自適應網格來凸顯煙霧蔓延細節，燕山大學唐勇利用歐拉法以及GPU加速在PC機器上實現了實時有效的煙霧融合動態蔓延模型，能精準模擬真實世界中多火源煙霧蔓延過程。以上研究偏重于煙氣蔓延的計算過程，而面向場景內煙氣輕量級可視化的方法，目前尚未出現。

在煙氣可視化中，由于煙氣的不規則動態變化，國內外學者先后提出了基于過程紋理函數模型、基于分形幾何的模型、細胞自動機模型、基于物理的模型、基于粒子系統的模型等。

基于過程紋理函數模型不方便模擬外力作用，基于分形幾何模型可以定義幾個規則，利用無窮回歸的自相似性仿真煙氣蔓延過程，缺點是逼真度和精確度較低。而細胞自動機模型是馮諾依曼和烏蘭于1950年提出來的一種模型，利用格子細胞在某時刻的狀態以及鄰居格子細胞的狀態，進行煙氣的填充，結構簡單，但是組合效果復雜。基于物理的模型，例如Jos Stam從熱力學定律出發，提出了用擴散過程描述氣體現象及其傳播的方法，雖然煙氣蔓延計算精度高，但是該模型算法都很復雜。基于粒子和基于體素化的可視化方式是主流。這是因為粒子系統是公認的模擬不規則物體最成功的方法之一，采用圖元來定義物體的體積而不是采用多邊形的方法。然而，基于粒子的方式中，需要確定每個煙霧粒子的位置及其可視化，占據了大量的運算資源。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種大規模火災動態煙霧場的輕量級網頁可視化方法及系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種大規模火災動態煙霧場的輕量級網頁可視化方法，包括以下步驟：

1)服務器端采用體素化方式將原始煙氣數據進行輕量化處理，獲得輕量級煙氣數據；

2)瀏覽器端接收所述輕量級煙氣數據進行渲染，實現實時網頁可視化。

優選地，所述輕量化處理具體為：

101)獲取經火災動力學模擬工具計算的封裝的原始煙氣數據；

102)將火災場景空間劃分為三維矩陣式體素化場景，進而將所述原始煙氣數據轉化原始體素化煙氣數據；

103)對所述原始體素化煙氣數據依次進行去冗余、數據歸一化和數據去重處理，獲得輕量級煙氣數據。

優選地，所述原始煙氣數據的獲取過程為：

火災動力學模擬工具設置不同的易起火的火源點，在火源點根據實際情況下的可燃材質進行火災模擬，并采用火災流體力學算法進行火災煙氣的動態蔓延計算，從而獲得煙氣的蔓延過程數據，形成封裝的原始煙氣數據。

優選地，步驟103)中，冗余處理具體為：