大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法及系统，所述方法包括以下步骤：1)服务器端采用体素化方式将原始烟气数据进行轻量化处理，获得轻量级烟气数据；2)浏览器端接收所述轻量级烟气数据进行渲染，实现实时网页可视化。与现有技术相比，本发明专利技术具有自动化、真实化、精确化、轻量化等优点，可实现网页级大规模烟雾场实时可视化。

Lightweight web page visualization method and system for large scale fire smoke field

The invention relates to a lightweight web page visualization method and system for large-scale fire dynamic smog field. The method includes the following steps: 1) the server end uses a voxel method to lighten the original smoke data, obtain lightweight gas data, and 2) the browser end receives the lightweight gas data to be rendered. To realize real-time web page visualization. Compared with the existing technology, the invention has the advantages of automation, trualization, accuracy and lightweight, and can realize real-time visualization of large-scale web site smoke field.

【技术实现步骤摘要】
大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法及系统
本专利技术涉及火灾场景模拟技术，尤其是涉及一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法及系统。
技术介绍
火灾产生的动态烟气的数据量巨大，扩散时形态变化复杂，使得烟气可视化渲染的计算量与存储量均很大，所以动态烟雾场的实时可视化一直都是一个难题。即便是单机版，目前在大规模场景中进行烟气可视化，还是需要耗费巨大的硬件资源。而在网页上进行大规模烟气可视化，在硬件内存上受到了更多的限制，网页的渲染能力也是远远低于单机上的渲染能力。由此，轻量级的大规模火灾烟雾场景的可视化实现，长期以来一直没有得到解决。目前烟气表现形式多种多样，从StamJ等人开始就对烟雾的蔓延问题进行了研究，美国ZhuB等人利用自适应网格来凸显烟雾蔓延细节，燕山大学唐勇利用欧拉法以及GPU加速在PC机器上实现了实时有效的烟雾融合动态蔓延模型，能精准模拟真实世界中多火源烟雾蔓延过程。以上研究偏重于烟气蔓延的计算过程，而面向场景内烟气轻量级可视化的方法，目前尚未出现。在烟气可视化中，由于烟气的不规则动态变化，国内外学者先后提出了基于过程纹理函数模型、基于分形几何的模型、细胞自动机模型、基于物理的模型、基于粒子系统的模型等。基于过程纹理函数模型不方便模拟外力作用，基于分形几何模型可以定义几个规则，利用无穷回归的自相似性仿真烟气蔓延过程，缺点是逼真度和精确度较低。而细胞自动机模型是冯诺依曼和乌兰于1950年提出来的一种模型，利用格子细胞在某时刻的状态以及邻居格子细胞的状态，进行烟气的填充，结构简单，但是组合效果复杂。基于物理的模型，例如JosStam从热力学定律出发，提出了用扩散过程描述气体现象及其传播的方法，虽然烟气蔓延计算精度高，但是该模型算法都很复杂。基于粒子和基于体素化的可视化方式是主流。这是因为粒子系统是公认的模拟不规则物体最成功的方法之一，采用图元来定义物体的体积而不是采用多边形的方法。然而，基于粒子的方式中，需要确定每个烟雾粒子的位置及其可视化，占据了大量的运算资源。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法及系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，包括以下步骤：1)服务器端采用体素化方式将原始烟气数据进行轻量化处理，获得轻量级烟气数据；2)浏览器端接收所述轻量级烟气数据进行渲染，实现实时网页可视化。优选地，所述轻量化处理具体为：101)获取经火灾动力学模拟工具计算的封装的原始烟气数据；102)将火灾场景空间划分为三维矩阵式体素化场景，进而将所述原始烟气数据转化原始体素化烟气数据；103)对所述原始体素化烟气数据依次进行去冗余、数据归一化和数据去重处理，获得轻量级烟气数据。优选地，所述原始烟气数据的获取过程为：火灾动力学模拟工具设置不同的易起火的火源点，在火源点根据实际情况下的可燃材质进行火灾模拟，并采用火灾流体力学算法进行火灾烟气的动态蔓延计算，从而获得烟气的蔓延过程数据，形成封装的原始烟气数据。优选地，步骤103)中，冗余处理具体为：去除掉原始体素化烟气数据中烟气浓度为0以及烟气浓度数据小于0.00001数据。优选地，步骤103)中，数据归一化处理具体为：Step301：针对去冗后的烟气数据，对烟气数据进行大小的比较，获得最大的烟气数据max，获得最小的烟气数据min；Step302：计算Δ＝max-min，获得10个级别的烟气数据段数据集，这10个烟气数据段是Δ/10、2Δ/10、3Δ/10、4Δ/10、5Δ/10、6Δ/10、7Δ/10、8Δ/10、9Δ/10和Δ；step303：将所有的烟气数据归一化为上述10个级别。优选地，步骤103)中，数据去重处理具体为：Step311：根据某一归一化后的烟气数据所在位置，比较该烟气数据是否和周围的烟气数据值是在同一个级别上，记录和该位置相邻的位置上有同一层级的烟气数据，并记录新的烟气位置；Step312：将新加入的烟气位置作为对象，继续向其周围遍历同一级别的烟气数据，如果还有同一级别的烟气数据，则记录该烟气数据的位置；Step313：不断重复step312，直到周围没有同一级别的烟气数据为止，从而获得一个同一级别烟气数据的位置数据组；Step314：将所述位置数据组作为一个整体。优选地，步骤2)中，所述网页可视化包括烟雾可视化和毒气可视化。优选地，步骤2)中还包括：在进行渲染时进行纹理粒子可视化模拟，实现图片纹理方式可视化。本专利技术还提供一种应用所述的轻量级网页可视化方法的大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化系统。与现有技术相比，本专利技术提供一种自动化、真实化、精确化、轻量化的网页级大规模烟雾场实时可视化方法，节约硬件资源和烟气渲染资源，具有如下有益效果：①自动化：本专利技术可以自动地针对重量级的原始烟气数据，进行轻量化工作，可以将重量级的烟气数据进行轻量化处理，从而自动地实现目前亟待解决的烟气自动化的数据处理。其中数据去重处理中，将同一级别烟气数据的位置数据组作为烟气可视化时的数据矩阵，可以减少很多体素烟气绘制的次数。②真实化：烟气数据无论是其可视化效果还是用于其它方面计算的需要，都是需要对烟气的真实性有着非常高的要求，如此一来方能够在场景中仿真真实的火灾和烟气蔓延的场景和情景，本专利技术能够保证烟气数据的真实性。③精确化：本专利技术不仅需要能够保证烟气数据的真实性，同时还使烟气具备精确属性，这样在虚拟现实火灾逃生中，才能够获得精确的数据，从而进行精确的路径规划，完成有效的逃生导航。④轻量化：目前还没有一种烟气轻量化方法，本专利技术可以在网页上呈现轻量级的烟气数据可视化，将目前重量级的烟气数据进行有效轻量化处理，从而实现烟气可视化的核心需求。本专利技术还可通过对烟气纹理图片方式，进一步减轻烟气情景渲染的缓存负载以及计算负载。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为实施例中双层地铁站的场景模型示意图；图3为实施例中双层地铁站内烟气轻量化后浓度值；图4为轻量化的体素化烟雾可视化效果图；图5为轻量化的体素化毒气可视化效果图；图6为基于纹理粒子烟雾可视化情景效果图；图7为基于纹理粒子的毒气可视化情景效果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术提供一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，包括以下步骤：1)服务器端采用体素化方式将原始烟气数据进行轻量化处理，获得轻量级烟气数据。轻量化处理具体为：101)获取经火灾动力学模拟工具计算的封装的原始烟气数据，原始烟气数据的获取过程为：火灾动力学模拟工具设置不同的易起火的火源点，在火源点根据实际情况下的可燃材质进行火灾模拟，并采用火灾流体力学算法进行火灾烟气的动态蔓延计算，从而获得烟气的蔓延过程数据，形成封装的原始烟气数据。102)将火灾场景空间划分为三维矩阵式体素化场景，进而将所述原始烟气数据转化原始体素化烟气数据。这种体素化的方式，可以借助于将空间划分为3维矩阵式的体素化场景，划分地越细致，获得的体素块越细致，但是所耗费的计算机资源及需要花费本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)服务器端采用体素化方式将原始烟气数据进行轻量化处理，获得轻量级烟气数据；2)浏览器端接收所述轻量级烟气数据进行渲染，实现实时网页可视化。

【技术特征摘要】
2017.10.16 CN 20171095870431.一种大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)服务器端采用体素化方式将原始烟气数据进行轻量化处理，获得轻量级烟气数据；2)浏览器端接收所述轻量级烟气数据进行渲染，实现实时网页可视化。2.根据权利要求1所述的大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，其特征在于，所述轻量化处理具体为：101)获取经火灾动力学模拟工具计算的封装的原始烟气数据；102)将火灾场景空间划分为三维矩阵式体素化场景，进而将所述原始烟气数据转化原始体素化烟气数据；103)对所述原始体素化烟气数据依次进行去冗余、数据归一化和数据去重处理，获得轻量级烟气数据。3.根据权利要求2所述的大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，其特征在于，所述原始烟气数据的获取过程为：火灾动力学模拟工具设置不同的易起火的火源点，在火源点根据实际情况下的可燃材质进行火灾模拟，并采用火灾流体力学算法进行火灾烟气的动态蔓延计算，从而获得烟气的蔓延过程数据，形成封装的原始烟气数据。4.根据权利要求2所述的大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，其特征在于，步骤103)中，冗余处理具体为：去除掉原始体素化烟气数据中烟气浓度为0以及烟气浓度数据小于0.00001数据。5.根据权利要求2所述的大规模火灾动态烟雾场的轻量级网页可视化方法，其特征在于，步骤103)中，数据归一化处理具体为：Step301：针对去冗后的烟...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾金原，闫丰亭，朱合华，郭庆华，胡永豪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31