[发明专利]一种面向火灾的三维建筑模型动态可视化方法

说明书

本发明公开了一种面向火灾的三维建筑模型动态可视化方法，为模拟三维建筑模型纹理变化，采用基于分形噪声生成二维噪声纹理贴图后与三维建筑模型原纹理进行混合的方法；基于PhotoShop完成法线纹理的自动化生成并附加到三维建筑模型模拟裂缝；并可以对三维建筑模型进行破碎模拟。本发明可以较为全面的表现建筑结构在火灾中可能发生的多种变化，弥补现有方法效果单一、实时性难以满足的缺陷，从而为虚拟现实、视景仿真等领域提供一种提高真实感体验的方法和技术手段，同时使人们更直观的感受火灾危害，提高对火灾的防范意识。

技术领域

本发明属于计算机图形学领域，具体的说是一种面向火灾的三维建筑模型动态可视化方法。

背景技术

虚拟现实在最近几年迎来了又一次的快速发展，其融合计算机、多媒体、人机交互、计算机图形学等相关学科的特点大大拉近了虚拟与现实的距离。在利用计算机创建的三维虚拟世界中，人们不仅可以看、听，更可以伸出双手在自己所处的世界中进行自由互动，当然，人们对使用计算机构建更加真实、交互性更好的虚拟世界也提出了更高的要求，以往简单的现实场景再现变得越来越难以满足需求。很多在现实世界中看似简单的物理行为在计算机中进行仿真模拟的过程却困难重重，成为制约真实感体验的一个瓶颈。这其中，对于火灾场景的模拟仿真一直是科研工作者和工程人员都密切关注的一个研究方向，如何真实再现火灾中建筑结构等的变化既是提高人们在虚拟环境中真实感体验的关键也可以使人们对火灾的危害有更直观、清晰的认识。

现有火灾场景的模拟仿真方法中，以有限元方法为主，通过在有限元软件中设置相关参数进行实验，模拟火势发展和火灾带来的破坏情况。但此类方法的结果皆以二维形式呈现，往往不够直观，且此类方法包含大量的数值计算，效率较低，更加不适用于对实时性有较高要求的虚拟现实等领域。

在这其中，对物体破坏现象的模拟仿真也由来已久，模拟方法主要分为两类，一是基于物理的方法，二是基于几何的方法。基于物理的方法需要以材料力学、断裂力学等学科领域知识为背景，结合材料自身特性对其受力时行为进行分析模拟，由于需要严格遵循物理规律，即由外力作用引起物体破坏，最终导致物体内部各部分之间发生结构受损，进而外化到表面，产生裂纹或直接导致物体发生破碎，产生碎片。对该过程的模拟，往往需要建立复杂的数学模型，结合计算机图形学的方法，渲染显示。但该过程中包含了大量复杂的受力分析，对建立的数学模型进行求解时，又要面对复杂的微积分方程求解，这都对仿真模拟的实时性提出了很高的要求，即使是在计算能力得到极大提升的今天，这种方法依然难以用在实时性场景中，而是更多的出现在军事仿真、工程领域等方面；现有基于几何的方法虽能满足实时性需要，但仍存在仿真效果单一的问题，既不能综合考虑物体在不同破坏阶段的外在表现又不能多样化模拟物体破坏时效果。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的不足之处，提供一种面向火灾的三维建筑模型动态可视化方法，以期能较为全面的表现建筑结构在火灾中可能发生的各种变化，弥补现有方法效果单一、实时性难以满足的缺陷，从而为虚拟现实、视景仿真等领域提供一种提高真实感体验的方法和技术手段，同时使人们更直观的感受火灾危害，提高对火灾的防范意识。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明一种面向火灾的三维建筑模型动态可视化方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、采用分形噪声算法生成二维噪声纹理贴图T₁，并利用式(1)对所述二维噪声纹理贴图T₁与三维建筑模型的表面纹理贴图T₂做纹理混合，得到变化后的三维建筑模型的表面纹理贴图T：

T＝T₁×x+(1-x)×T₂ (1)

式(1)中，x为混合系数；

步骤2、基于PhotoShop完成三维建筑模型的裂缝模拟：