基于虛擬現(xiàn)實平臺的火災(zāi)場景計算與仿真研究.pdf

1、近年來，隨著計算機和信息處理技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于多個科研領(lǐng)域。本文以構(gòu)建的PC集群結(jié)構(gòu)的火災(zāi)虛擬現(xiàn)實平臺為基礎(chǔ)，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在火災(zāi)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了初步的探討。虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身涉及到多學(xué)科多領(lǐng)域的知識，本文的研究內(nèi)容涉及的有計算機圖形學(xué)、數(shù)值模擬方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和．NET編程技術(shù)幾個方面。本文開展的工作如下： 首先通過大量的文獻調(diào)研，論述了在多臺PC集群架構(gòu)下開展虛擬現(xiàn)實仿真所涉及的關(guān)鍵技術(shù)

2、。對基于PC集群的多通道可視化系統(tǒng)原理、MPI環(huán)境下的場景建模和視景驅(qū)動軟件的基本理論方法、數(shù)據(jù)格式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊特性、多通道分布式渲染的實現(xiàn)原理、工作流程及相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)等內(nèi)容進行了較全面的論述。 系統(tǒng)地論述了粒子系統(tǒng)理論的主要思想和方法，結(jié)合火災(zāi)場景中火焰和煙氣的模擬對粒子系統(tǒng)進行了分析，并以2008北京奧運主火炬燃燒場景仿真為算例，采用數(shù)值計算的方法對奧運主火炬的燃燒特征參數(shù)和燃燒安全性進行了模擬，分析了燃燒火焰的溫度、

3、燃燒對火炬塔的影響、燃燒輻射熱對鳥巢頂部鋼材和ETFE抗輻射材料的加熱效果，計算不僅為奧運主火炬的燃燒安全性評價提供了定量的參考依據(jù)，也為進一步的主火炬燃燒的視景仿真提供了粒子系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，在Vega Prime仿真開發(fā)環(huán)境中使用自定義的粒子系統(tǒng)實現(xiàn)了奧運主火炬燃燒火焰和場景的仿真，并完成了在三通道虛擬現(xiàn)實平臺上的三維立體呈現(xiàn)。 以大空間實驗間為研究對象，設(shè)計了多種排煙條件的火災(zāi)場景，使用火災(zāi)動力學(xué)的大渦模型對大空

4、間的煙氣層降規(guī)律和排煙系統(tǒng)效率進行了模擬，分析了排煙風(fēng)機啟動時間、排煙流量、補風(fēng)口高度、補風(fēng)口面積和對稱性對煙氣層降的影響。并以這五個影響因素為輸入?yún)?shù)，數(shù)值模擬實驗數(shù)據(jù)為訓(xùn)練樣本，構(gòu)造了大空間煙層高度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算模型，從而為發(fā)展快速預(yù)測火災(zāi)煙氣層高度的工程計算模型提供了一種方法。 研究了．NET平臺與Matlab的混合編程技術(shù)及Vega Prime環(huán)境下火災(zāi)煙氣層的可視化和運動控制的方法，本文采用在VC++．NET平臺調(diào)