[发明专利]一种考虑人员物理影响的建筑火灾虚拟疏散训练方法

说明书

本发明提供一种考虑人员物理影响的建筑火灾虚拟疏散训练方法，属于土木工程防灾减灾技术领域。该方法首先建立高真实度火灾虚拟疏散环境，确保疏散场景的合理性；然后，根据人员疏散模拟结果实现非控制角色疏散动画，构建多人疏散动态场景；最后建立训练者和非控制角色的物理交互模型，实现非控制角色对训练者阻碍和碰撞作用的模拟。本发明可以使训练者在虚拟火灾环境体验人员物理影响(包括阻碍、碰撞等)，从而更真实的模拟多人情景中的火灾疏散，提高训练者的疏散能力。

技术领域

本发明涉及土木工程防灾减灾技术领域，特别是指一种考虑人员物理影响的建筑火灾虚拟疏散训练方法。

背景技术

在现代社会中，建筑火灾已成为最普遍的灾害之一，它不仅会造成财产损失、威胁人民生命安全，还会破坏生态平衡，甚至造成不良的社会影响。在许多群死群伤的火灾事故中，人员的伤亡主要是由于不正确的疏散逃生行为造成通道堵塞而产生的，即使初期灭火失败没能控制火势的蔓延，若能有效地组织疏散，也将会大大控制火灾事故损失，减少人员伤亡。因此，非常有必要得出安全的人员疏散路线，以减少建筑火灾的危害。

现有的建筑火灾人员逃生训练系统，使用有限细胞法在虚拟空间中呈现火灾数值模拟的火灾发展和烟气蔓延结果；利用可扩展三维语言的位置和方向差值器节点将人员疏散模拟结果展现出来；使用碰撞检测节点和脚本节点建立了虚拟受控人员模型(张磊,朱国庆,郭大刚.基于VR的公共建筑火灾逃生训练系统研究[J].消防科学与技术,2015,34(04):526-529)。然而，该方法并没有进行人员碰撞后的物理计算，只采用后退、转身等人为设定的处理结果。已有研究本质上未考虑人员间的物理作用，人为设定结果影响了训练的真实感，难以达到安全疏散训练效果。因此，一种充分考虑人员物理作用的建筑火灾虚拟疏散训练是需要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种考虑人员物理影响的建筑火灾虚拟疏散训练方法，实现考虑人员物理作用的建筑火灾虚拟疏散训练。

该方法首先，公开了火灾数值模拟和虚拟现实一致性建模方法和基于网格关联的烟气动态可视化算法，建立了数值模拟与虚拟现实关联的建筑火灾训练场景，确保了疏散场景的合理性。然后，公开了基于人员疏散模拟结果的非控制角色NPC疏散动画实现方法，构建了多人疏散场景。最后，建立了训练者和非控制角色的物理模型以及基于刚体动力学的物理交互规则，实现了阻碍和碰撞的人员物理影响。为建筑火灾虚拟疏散训练提供了合理的人员交互环境。

具体包括步骤如下：

S1：建立火灾疏散环境：

基于建筑信息模型的一致性建模。建立建筑信息模型；将建筑信息模型导入三维图形引擎中，建立人员疏散训练的建筑场景；将建筑信息模型导入到火灾数值分析软件，建立建筑火灾模拟数值模型。基于建立的火灾模拟数值模型，开展建筑火灾模拟及火灾下人员疏散模拟，得到火灾烟气蔓延的空间分布和时间变化过程，以及人员疏散路径数据，也就是人员在不同时刻的空间坐标。根据模拟结果，利用粒子系统方法实现疏散训练场景中的火灾烟气可视化。

S2：设定非控制角色动画：

在S1建立的火灾疏散环境中，导入人物模型和骨骼动画；将人员疏散路径数据文件转换格式，得到可读的基于时间的人物疏散路径；根据人物的路径和时间，按照帧动画的方法实现非控制角色的移动路径。

S3：设定物理交互规则：

结合S1和S2得到的火灾疏散环境以及非控制角色的移动路径，对训练者和非控制角色分别设定碰撞模型，也就是训练者采用刚体模型，非控制角色采用角色控制器模型；并设定物理交互规则：当训练者与非控制角色同向运动时，两者接触后，限制训练者位移，表现为阻碍作用；当训练者与非控制角色相向运动时，两者接触后，训练者受到反向作用力，表现为碰撞作用。

S4：训练者虚拟火灾疏散：