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公众的安全高于一切,这是火灾科学研究的动机和目的所在。据统计近几年全球每年发生600-700万起火灾,大约有6-7万人在火灾中丧命。在中国,平均每年有数千人死于火灾事故,每年经济损失高达15亿元。此外火灾的频繁发生会影响生态环境,还会引发一系列的社会政治问题。在这种背景下,火灾科学研究的重要性日益突出。
随着虚拟现实技术的迅猛发展,用计算机模拟火灾正在变成火灾科学研究的重要手段。这种手段的优势显而易见,它所模拟的火焰不会真的燃烧,因而不会带来任何危险。
计算机模拟火灾主要包括火灾模型的建模和火灾场景的显示两个部分。本文主要关注室内火灾,通过考察目前计算机室内火灾模拟涉及的各种技术的优缺点,提出了了一种新的室内火灾模拟实现。
本文设计的火灾模拟系统以FDS(FireDynamicsSimulation)生成室内火灾蔓延的数据,使用粒子系统和三维标量场可视化两种方法模拟火焰。其中粒子系统的方法可以保障火焰模拟的高度真实感,但系统效率低下,三维标量场可视化方法与粒子系统方法相反,它可以保障系统的效率,但火焰的真实感较差。
在粒子系统模拟火焰部分,本文提出粒子发射面的概念,模拟多面体可燃物的燃烧,并采用二叉空间分割树分割室内空间以提高粒子碰撞检测的效率,实验结果证明这种方法可以很好地改善整个系统的效率。
本文完成的工作主要包括:将二维的CAD图纸转化为三维的建筑模型并在计算机上显示的技术研究,粒子系统的研究,火焰模拟技术的研究,空间分割技术的研究,碰撞研究。