[发明专利]一种用于火灾模拟的场景预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及火灾模拟，特别涉及火灾模拟中的场景预处理方法。

背景技术

近年来，随着人们对公共安全问题认识的深入，数值火灾模拟以其低成本、高效率逐渐受到人们的青睐。目前，国内外很多科研机构和企业都在进行相关的研究工作，致力于开发各种区域模拟、场模拟和网络模拟软件，其中以美国国家标准技术局开发的火灾场模拟软件FDS(Fire DynamicSimulator)最富盛名，它在火灾模拟中准确度可以达到10％-20％，具有广泛的用户群。但是它没有前处理软件，给用户使用带来了很大的不便。例如，在FDS中的火灾数值模拟是通过求解控制方程组实现的，而其中的偏微分方程的求解需要边界条件和初始条件这样的定解条件，因此边界条件的设置是火灾模拟中不可缺少的重要步骤。特别是在建筑火灾模拟中，用户往往需要面临非常复杂的建筑环境，如何对它们进行边界条件的设置，一直是困扰火灾模拟工程师的重大问题。FDS中不具有相应的前处理软件，使得采用该软件前必须根据场景的2D图纸，手动设置边界位置，并多次反复调节以消除火灾模拟中常见的空洞问题。这种操作相当耗时并且极易出错。

在为场景设置边界条件时，通常需要对场景中的实体进行轴向表示。在基于笛卡尔网格火灾模拟场景中的一个常见问题是不规则实体的轴向表示问题。为了解决这一问题，一些软件和方法使用图纸或者CAD文件提供的信息，以某种形式进行建模，它们或者只能兼容某种格式的CAD文件，或者需要手工输入建筑的几何数据和拓扑信息。例如，NIST官方网站上公布的dxf2fds软件能够将DXF文件直接转换为FDS输入所需要的轴向块，但是它对图纸中的实体要求非常严格，只能将3DFACE实体转换成期望的结果，并且dxf2fds不能应用于FDS目前最新推出的5.0版本。另外，PyroSim提供了基于轴向块的特殊建模方法，能在建模阶段就给出实体的轴向块表示，但是这种方法在构建复杂场景时是不现实的；基于AutoCAD专用物理建模器虽然在一定程度上减少了手工干预，但是大规模场景中基于AutoCAD实体几何求交的算法效率却不高；弧形墙的切割方法可以解决简单建筑场景中实体轴向切分问题，但是该方法很难应用于其他不规则实体的切分中。

发明内容

本发明的目的是克服现有的火灾模拟中的场景预处理方法对不规则实体的轴向切分效果不佳的缺陷，从而提供一种通用性好、效率高的场景预处理方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于火灾模拟的场景预处理方法，包括以下步骤：

步骤1)、利用所述场景的三维模型定义分类语义；

步骤2)、对所述场景三维模型中的各个实体按照步骤1)所定义的分类语义进行分类，所述实体包括几何信息、物理信息以及语义信息；然后在所分得的各个类中选择样本实体或样本逻辑实体，所述样本逻辑实体包括样本实体；

步骤3)、对所述样本实体按背景网格的坐标方向进行轴向切割，得到所述样本实体的轴向块集合，并去除所述轴向块集合中不属于样本实体的轴向块；

步骤4)、根据所述样本实体的轴向块集合，为所述样本实体所在类中的包括逻辑样本实体和非样本实体的其他实体计算轴向块集合。

上述技术方案中，在所述的步骤2)后还包括对所述场景三维模型中的所述样本实体按照所述背景网格的网格大小进行尺寸筛选的步骤，在该步骤中对尺寸过小的样本实体进行尺寸修正或抛弃。

在上述技术方案中，在所述的步骤3)后还包括对由步骤3)所得到的样本实体的轴向块集合进行查洞操作，以及对存在空洞的轴向块集合进行补洞操作的步骤。

在上述技术方案中，在所述的步骤3)中，还包括对所述样本实体的轴向块集合中的轴向块的缝合，通过所述缝合，将所述轴向块集合中体积较小的相邻轴向块合并成体积较大的轴向块。

在上述技术方案中，还包括步骤5)，在所述步骤5)中，将所得到的所述场景的三维模型中的实体的轴向块集合与所述背景网格对齐。

在上述技术方案中，所述的分类语义包括：分类语义集、分类基准、语义向量、逻辑实体、相似的概念；其中，

所述的分类语义集是特征分类集和几何分类集的并集，所述的特征分类集对应实体在特征上的划分，所述的几何分类集对应实体在几何上的划分；

所述的分类基准为分类语义集上的偏序集合，在所述分类基准下，所述分类语义集是链，链上的每个元素对应一个层，一个分类基准可以诱导多个层；

所述语义向量中的每个分量是所述实体在分类基准诱导的每个层上的语义阐释；

所述逻辑实体为所有满足语义向量前若干个分量对应相等的实体的集合；