[发明专利]一种基于粒子系统网格的烟气可视化方法

说明书

技术领域

本发明涉及防灾减灾技术领域，特别是指一种基于粒子系统网格的烟气可视化方法。

背景技术

在建筑火灾中，合理的疏散是避免火灾人员伤亡的重要途径。然而，带有真实火灾的实际训练具有很大难度。不仅需要花费高成本，还涉及人员安全的问题。而虚拟疏散训练系统则具有明显优势，可以安全、低成本地使学员有计划的反复训练，以提高火灾疏散能力，减少人员伤亡。在疏散中，烟气会影响逃生者的能见度，增加疏散的难度。因此，准确、真实感的烟气可视化对于虚拟疏散训练至关重要。

目前的虚拟疏散训练中烟气具有一定的真实感，但缺乏科学数据的支持，其分布和运动规律都不具有合理性。在烟气可视化的相关研究中，已经有一些简化的方法(例如细胞自动机和随机变量方法)来模拟烟气的动态演变(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)，但这些简化方法获得的烟气分布和可见度并不准确。在计算机图形学中，粒子系统是一种常见的烟气真实感可视化方法(肖鹏，刘更代，徐明亮.OpenSceneGraph三维渲染引擎编程指南[M].清华大学出版社,2010.)。基于粒子系统的烟气可视化具有很好的真实感，但必须由科学的烟气数据支撑才能创建准确的烟气可视化效果，服务火灾虚拟疏散。

当期，许多计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)平台能够计算出相当精确的烟气动态分布情况。例如，由美国国家标准与技术研究所(NIST)开发的火灾动态模拟器(fire dynamics simulator,FDS)与实际实验值具有较小的误差，并广泛应用于各种火灾调查。

因此，本发明采用FDS烟气模拟数据为依托，利用粒子系统网格实现火灾烟气的真实感可视化，为实现准确、真实感的烟气可视化场景提供一种新的技术方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于粒子系统网格的烟气可视化方法，实现具有科学依据和真实感的烟气蔓延可视化，为虚拟疏散提供了真实、可信的火灾疏散环境。

该方法包括如下步骤：

(1)FDS网格划分及火灾模拟：

FDS将建筑模型空间分成具有指定热物理性质的离散网格，FDS按照固定时间步长输出每个网格的火场参数；在FDS中进行火灾模拟，输出每个网格的可见度时程数据；

(2)建立OSG与FDS的时空对应关系：

根据FDS模型文件获取步骤(1)中网格划分的尺寸，在OSG模型中建立对应的网格；然后，根据FDS模拟的烟气效果，设置粒子系统纹理；再根据FDS模拟的总时间和固定时间步长，确定在OSG中建立对应的帧数；

(3)设置粒子系统的开启与关闭：

在OSG中，以FDS输出文件每个网格中的可见度参数作为粒子系统的开启和关闭标准；在OSG中把粒子系统加入到OSG图形控制单元node中，通过node->setNodeMask设置开启或关闭粒子系统，node->setNodeMask(1)表示开启，node->setNodeMask(0x0)表示关闭；

(4)形成动态烟气可视化：

通过OSG中while(！viewer.done()){viewer.frame()；}循环，检查所有网格中的粒子系统，判断每个网格可见度与阈值的关系；最后使用osg::Drawable::UpdateCallback更新回调函数，将上述操作形成循环播放，形成动态的烟气可视化。

其中，步骤(1)中的离散网格尺寸不大于1m×1m×1m。

步骤(1)中的离散网格包含随火灾发展的动态火场参数：有害气体浓度、可见度、温度等。

步骤(2)中通过OSG中osgParticle空间的SmokeEffect类在OSG模型的每一个网格中设置一个关闭的粒子系统。

步骤(2)中OSG中的总帧数等于FDS模拟总步长数。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明基于火灾模拟和粒子系统网格的烟气可视化方法，可实现具有科学依据和真实感的烟气蔓延可视化，为虚拟疏散提供可信的火灾疏散环境。

附图说明