[發(fā)明專利]基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010546921.3
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111783334B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸新征;鄭哲;田源
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 石茵汀

1.一種基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立目標建筑物的有限元模型，并進行所述有限元模型的倒塌小變形有限元模擬；

S2，根據(jù)所述有限元模型的倒塌小變形模擬結(jié)果確定倒塌起始時刻，并提取所述倒塌小變形有限元模擬結(jié)果；

S3，將所述有限元模型映射為物理引擎模型，將提取的所述倒塌小變形有限元模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)映射到所述物理引擎模型中，并采用所述物理引擎模型對所述目標建筑物進行倒塌大變形模擬，得到倒塌大變形模擬結(jié)果，其中，所述S3進一步包括：

S31，將所述有限元模型映射為物理引擎的幾何模型；

S32，對所述物理引擎的幾何模型進行剛體化得到所述物理引擎模型；

S33，將所述倒塌小變形有限元模擬結(jié)果中，倒塌起始時刻的位移數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)映射到所述物理引擎模型中；

S34，對所述物理引擎模型進行預(yù)處理，利用預(yù)處理后的物理引擎模型進行倒塌大變形模擬，得到所述倒塌大變形模擬結(jié)果；

S4，將所述倒塌小變形有限元模擬結(jié)果和所述倒塌大變形模擬結(jié)果進行整合、渲染與可視化，構(gòu)建建筑倒塌廢墟虛擬場景。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，所述S1進一步包括：

獲取所述目標建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，根據(jù)所述結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙建立所述目標建筑物的有限元模型；

對所述有限元模型施加地震動，進行非線性時程分析，在所述有限元模型的非線性時程分析不收斂時停止倒塌小變形有限元模擬。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，所述有限元模型包括：基于實體單元的有限元模型和基于纖維梁分層殼單元的有限元模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，所述S2進一步包括：

提取所述倒塌小變形有限元模擬結(jié)果的每個時刻中每個單元的每個頂點的豎向位移；

所述豎向位移的最大值超過預(yù)設(shè)閾值的時刻，為所述倒塌起始時刻。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，在提取的所述倒塌小變形有限元模擬結(jié)果中，數(shù)據(jù)類型包括所述目標建筑物結(jié)構(gòu)中所有單元的所有頂點的位移數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時刻包括：倒塌起始時刻及倒塌起始時刻之前各個時刻。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，所述S31進一步包括：

在所述有限元模型為基于實體單元的有限元模型時，所述有限元模型中的單元與物理引擎中的剛體單元一一對應(yīng)，根據(jù)所述有限元模型單元的幾何形狀在物理引擎中建立對應(yīng)的單元；

在所述有限元模型為基于纖維梁分層殼單元的有限元模型時，根據(jù)所述有限元模型的單元的幾何屬性補充單元的幾何信息，在低維單元的幾何信息補充成三維實體后，在物理引擎中建立對應(yīng)的單元，其中，所述低維單元包括一維線單元或二維平面單元。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有限單元法與物理引擎的建筑倒塌廢墟場景模擬方法，其特征在于，所述S33進一步包括：

利用位移關(guān)鍵幀將位移數(shù)據(jù)映射到所述物理引擎模型中；

利用位移關(guān)鍵幀和運動模式關(guān)鍵幀將速度數(shù)據(jù)映射到所述物理引擎模型中。