一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于森林防火和计算机仿真领域，特别涉及一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制方法及装置，所述方法包括：获取三维地形的数据资源、地面烟雾模型以及着火前后的树草模型和粒子特效资源；将三维地形映射到二维平面N*N的网格上，将获取的三维地形的数据资源抽象为对应网格的属性；在全局网格初始化时设定各网格为未燃状态；根据各网格的当前温度和当前生命值，确定各网格在燃烧过程中各个阶段状态的转换；基于各网格的计算数据，显示林火蔓延效果；实现林火蔓延显示效果同步。本发明专利技术极大简化了森林火焰蔓延建模的过程；并且在保证实时性和简单高效性的同时，达到了较真实的森林火焰燃烧和扩散效果。火焰燃烧和扩散效果。火焰燃烧和扩散效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制方法及装置


[0001]本专利技术属于森林防火和计算机仿真领域，特别涉及一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制方法及装置。

技术介绍

[0002]林火蔓延的过程是指从森林可燃物起火开始，燃烧扩散并最终熄灭的过程。林火蔓延是一种复杂的燃烧现象，要准确预测火行为，需要有精确的林火蔓延模型，随着虚拟仿真技术的发展，借助计算机图形处理能力和地球空间信息技术实现林火蔓延的可视化表达，能够更加深入研究林火蔓延的机理，监测与模拟林火蔓延，从而为灭火提供依据。
[0003]传统的林火蔓延仿真大都基于二维显示模式，相比三维仿真的局限性就是缺乏真实性，并且运算量巨大，无法满足动态模拟实时性的要求。

技术实现思路

[0004]针对现有林火蔓延中计算量巨大，无法满足动态模拟实时性的问题，本专利技术提出一种基于虚拟仿真的林火实时蔓延仿真控制方法。本方法采用林火蔓延数学模型，并以三维引擎的粒子系统在三维空间模拟火势蔓延的行为，在保证实时性和简单高效性的同时，还具有真实感强的特点。
[0005]本专利技术的目的在于提供了一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制方法，包括如下步骤：
[0006]S1：获取三维地形的数据资源、地面烟雾模型以及着火前后的树草模型和粒子特效资源；
[0007]S2：将三维地形映射到二维平面N*N的网格上，并将步骤S1中获取的三维地形的数据资源抽象为对应网格的属性，建立二维平面扩散模型，所述属性包括各网格的温度、生命值和阶段状态；所述生命值利用各网格对应的三维地形的数据资源中的树草数据计算获取，所述阶段状态包括未燃状态、小火状态、大火状态、余火状态和熄灭状态；
[0008]S3：在全局网格初始化时，设置各网格的初始阶段状态为未燃状态、初始温度为环境温度，并计算获取各网格的初始生命值：
[0009]HP0＝hp
树
*Q
树
+hp
草
*Q
草
[0010]其中，HP0表示各网格的初始生命值，hp
树
和hp
草
分别表示每棵树和每棵草的生命值，Q
树
和Q
草
分别表示各网格中树和草的数量；
[0011]然后将二维平面N*N的网格中的多个离散网格点燃并发生燃烧扩散将其周围网格引燃；
[0012]S4：根据各网格的当前温度和当前生命值判断各网格的当前阶段状态，以控制各网格在燃烧过程中各个阶段状态的转换；所述当前生命值HP计算如下：
[0013]HP＝HP
0-DPS*t
[0014]其中，DPS为网格每秒消耗的生命值，t为燃烧时间；
[0015]S5：基于各网格的当前阶段状态，结合步骤S1中获取的地面烟雾模型、着火前后的树草模型资源和粒子特效资源显示林火蔓延效果；
[0016]S6：各网格的阶段状态改变后，把改变后的状态阶段信息发送至其他主机，实现林火蔓延显示效果同步。
[0017]进一步，步骤S4具体过程为：
[0018]S41：当网格的当前温度为环境温度，且当前生命值为初始生命值时，判断网格处于未燃状态；
[0019]S42：当网格的当前温度处于环境温度与点燃温度之间且升温速率为2～5℃/s时，判断网格处于小火状态；
[0020]S43：当网格的当前温度达到点燃温度时，判断网格转变为大火状态，并扩散点燃其周围未燃状态的网格；所述点燃温度是指网格间的点火温度并且能够对其周边未燃的网格或扑灭可燃的网格同时点火的温度；
[0021]S44：当网格的当前温度以10～20℃/s的升温速率从点燃温度达到限制温度，同时网格的当前生命值逐渐减小至0时，判断网格处于余火状态；所述限制温度是指网格间的传递温度并且能够对其周边燃烧的网格或扑灭可燃的网格传递与所述点燃温度相等的温度；
[0022]S45：网格温度开始下降，以15～30℃/s的降温速率从限制温度降至点燃温度，之后以3～6℃/s的降温速率降至环境温度，判断网格处于熄灭状态。
[0023]进一步，所述环境温度为10～30℃，所述点燃温度为200～400℃，所述限制温度为1000～2000℃。
[0024]进一步，步骤S1中，着火前后的树草模型和粒子特效资源包括地面烟雾模型、大火模型和粒子特效、浓烟的粒子特效、着火树草的模型和粒子特效、被烧毁树草的模型和粒子特效、完好形态树草的模型、和熄灭时的烟雾粒子特效。
[0025]进一步，步骤S2中，所述网格的属性包括地理位置和海拔高度。
[0026]进一步，所述三维地形的数据资源包括高程图数据和地形贴图数据资源。
[0027]进一步，步骤S4中，各网格在燃烧过程中，在没有外力的作用下进行各个阶段状态的转换。
[0028]进一步，每棵树的生命值hp
树
为1000，每棵草的生命值hp
草
为10。
[0029]本专利技术还提供了一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制装置，包括资源模块、建模模块、计算模块、控制模块、显示模块和通讯模块；
[0030]所述资源模块用于获取三维地形的数据资源、地面烟雾模型以及着火前后的树草模型和粒子特效资源；
[0031]所述建模模块用于将三维地形映射到二维平面N*N的网格上，同时调用所述资源模块获取的三维地形的数据资源，将其抽象为对应网格的属性，建立二维平面扩散模型，所述属性包括各网格的温度、生命值和阶段状态，所述阶段状态包括未燃状态、小火状态、大火状态、余火状态和熄灭状态；并在全局网格初始化时，设置各网格的初始阶段状态为未燃状态、初始温度为环境温度；
[0032]所述计算模块用于利用各网格对应的三维地形的数据资源中的树草数据计算各网格的初始生命值HP0：
[0033]HP0＝hp
树
*Q
树
+hp
草
*Q
草
[0034]其中，HP0表示各网格的初始生命值，hp
树
和hp
草
分别表示单个树和单个草的生命值，Q
树
和Q
草
分别表示各网格中树和草的数量；
[0035]以及各网格的当前生命值HP：
[0036]HP＝HP
0-DPS*t
[0037]其中，DPS为网格每秒消耗的生命值，取值5～30，t为燃烧时间；
[0038]所述控制模块用于将二维平面N*N的网格中的多个离散网格点燃并发生燃烧扩散将其周围网格引燃，并根据各网格的当前温度和当前生命值判断各网格的当前阶段状态，以控制各网格在燃烧过程中各个阶段状态的转换；
[0039]所述显示模块用于基于各网格的当前阶段状态，调用所述资源模块获取的地面烟雾模型、着火前后的树草模型资源和粒子特效资源，显示林火蔓延效果；
[0040]所述通讯模块用于将各网格改变后的状态阶段信息发送至其他主机，实现林火蔓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟仿真的林火蔓延仿真控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取三维地形的数据资源、地面烟雾模型以及着火前后的树草模型和粒子特效资源；S2：将三维地形映射到二维平面N*N的网格上，并将步骤S1中获取的三维地形的数据资源抽象为对应网格的属性，所述属性包括各网格的温度、生命值和阶段状态；所述生命值利用各网格对应的三维地形的数据资源中的树草数据计算获取，所述阶段状态包括未燃状态、小火状态、大火状态、余火状态和熄灭状态；S3：在全局网格初始化时，设置各网格的初始阶段状态为未燃状态、初始温度为环境温度，并计算获取各网格的初始生命值：HP0＝hp
树
*Q
树
+hp
草
*Q
草
其中，HP0表示各网格的初始生命值，hp
树
和hp
草
分别表示每棵树和每棵草的生命值，Q
树
和Q
草
分别表示各网格中树和草的数量；然后将二维平面N*N的网格中的多个离散网格点燃并发生燃烧扩散将其周围网格引燃；S4：根据各网格的当前温度和当前生命值判断各网格的当前阶段状态，以控制各网格在燃烧过程中各个阶段状态的转换；所述当前生命值HP计算如下：HP＝HP
0-DPS*t其中，DPS为网格每秒消耗的生命值，t为燃烧时间；S5：基于各网格的当前阶段状态，结合步骤S1中获取的地面烟雾模型、着火前后的树草模型资源和粒子特效资源显示林火蔓延效果；S6：各网格的阶段状态改变后，把改变后的状态阶段信息发送至其他主机，实现林火蔓延显示效果同步。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体过程为：S41：当网格的当前温度为环境温度，且当前生命值为初始生命值时，判断网格处于未燃状态；S42：当网格的当前温度处于环境温度与点燃温度之间且升温速率为2～5℃/s时，判断网格处于小火状态；S43：当网格的当前温度达到点燃温度时，判断网格转变为大火状态，并扩散点燃其周围未燃状态的网格；所述点燃温度是指网格间的点火温度并且能够对其周边未燃的网格或扑灭可燃的网格同时点火的温度；S44：当网格的当前温度以10～20℃/s的升温速率从点燃温度达到限制温度，同时网格的当前生命值逐渐减小至0时，判断网格处于余火状态；所述限制温度是指网格间的传递温度并且能够对其周边燃烧的网格或扑灭可燃的网格传递与所述点燃温度相等的温度；S45：网格温度开始下降，以15～30℃/s的降温速率从限制温度降至点燃温度，之后以3～6℃/s的降温速率降至环境温度，判断网格处于熄灭状态。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述环境温度为10～30℃，所述点燃温度为200～400℃，所述限制温度为1000～2000℃。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平平，
申请(专利权)人：北京开云互动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：