森林火灾蔓延的三维实时仿真

本文着眼于林火行为的预测预报及林火蔓延模拟的三维动态可视化问题,探讨了森林火灾蔓延三维仿真思路,采用了一种适合林火的火焰和烟雾模拟生成方法.作者以福建省漳浦林业地区的实际情况为例,创建了三维林火蔓延模型,利用VEGA三维实时仿真平台,实现了火灾蔓延三维动态仿真.最后,本文就林火蔓延模型和蔓延模拟的发展前景做了简要探讨.     

基于数字地球的林火灾害建模

针对数字地球上林火灾害可视化问题,建立林火灾害仿真可视化框架。设计蔓延表现算法,采用Rothermel火行为计算模型和邻接单元蔓延模型。提出一种网格均匀划分的简化模型,进行仿真实验。结果表明,该方法能在数字地球上表达林火蔓延过程,较好地描述林火蔓延物理机理,为三维地理环境上的灾害分析提供辅助支持。     

基于多智能体的森林火灾人员疏散仿真

森林火灾发生时, 对在林火蔓延过程中灾区人员疏散进行建模与仿真能够检查疏散方案是否合理, 从而为合理救灾提供指导意义. 目前对人员疏散模拟与仿真虽然有很多研究, 但对于森林火灾下人员疏散尚缺乏合适的仿真模型, 给科学救助决策带来很大困难. 为此, 提出将多智能体引入森林火灾蔓延及灾区人员疏散模型研究中, 并借助于Repast平台进行仿真, 实验结果表明本文方法能够为森林火灾人员疏散模拟与仿真提供正确的解决途径.     

基于Agent的森林火灾系统建模仿真

为研究森林火灾系统的整体发展态势及演化规律,引入面向模式的基于Agent的建模方法,进行了融合自然、社会微观作用机理的计算机仿真研究,以Agent元模型为软件实现基础建立起森林火灾系统模型,有机融合了林火蔓延的元胞自动机模式和协作扑救的网络协作模式.对森林火灾系统模型进行动态仿真实验,实验结果表明了有关模式对系统态势发展的影响,以及基于Agent的建模方法对森林火灾系统研究的有效性.     

协同森林灭火演练系统的实现及其关键技术研究

针对森林灭火演练的需求和根据分布式协同技术及现代计算机硬件技术的发展 ,以遥感影像为主要数据源、结合地理信息系统并以漳浦林区为实验区、Vega为内核在VC6.0平台上自行设计了一个“虚实结合”的消防汽车、飞机协同灭火虚拟地理环境的原型系统。该系统包括实景三维重建 (大地形三维可视化、树木建模、特殊效果生成 )、自然规律模拟、协同防火、二维导航地图四个模块 ,简单实现了火灾的蔓延效果及局域网间协同灭火整个过程 ,并对遥感快速建模及林火蔓延数学模型、特殊效果等关键技术进行研究     

建筑物内部火场的模拟显示

主要讨论了三维数据场,在计算机上生成建筑物内部火场的仿真动画.采用基于移动立方体算法,综合运用离散数据网格化、面片简化、表面平滑化等三维可视化的相关技术,使用OpenGL基本函数编程技术设计火场模拟显示系统的具体过程.通过火场模拟系统,读取基于火灾模拟的流体计算后得到的数据场值,可以直观的观察建筑物内火的发生和蔓延的情况,为科学火灾事故研究和虚拟现实研究提供了一个快速有效的可视化分析方法.     

基于离散LOD-Imposter技术的森林实时渲染算法研究及实现

森林植被的实时可视化技术是复杂虚拟环境渲染的重要组成部分,也是影响虚拟环境逼真度的重要因素。提出了一种基于离散LOD和Imposter相结合技术的森林实时渲染算法,该算法利用像素作为LOD选择参数,通过像素阈值判定对不同面数的模型进行选择渲染,使用二叉树遍历算法对场景中树的节点进行遍历,利用Imposter技术对距离较远的模型用一张texture代替。通过使用关键帧增加树的动画效果,利用动态的光影效果提高树的真实性。该算法能够很好地模拟大规模森林的效果,满足了对大规模森林进行漫游的实时性的要求。     

应用Repast S的复杂系统建模仿真

研究社会灾害和生态环境中的发慌问题,需科学决策.针对复杂系统的研究涉及到多种学科交叉,进行多Agent建模仿真需要面对不同领域知识融合的问题.在最新多Agent建模仿真平台Repast Simphony(简称Repast S)的研究基础上,为决策者提供依据,提出以其层次建模框架满足多专家群体协作建模需求,以Score元模型为建模基础进行领域知识融合的策略.以森林火灾系统为例,应用Repast S进行了建模仿真实践.所建立模型有机融合了林火蔓延的元胞自动机模式和扑救协作的社会网络模式等领域知识,进行仿真.仿真结果体现出各种模式对森林火灾系统演化态势的影响.Repast S为复杂系统学科交叉的多Agent建模仿真提供了有效支持.     

基于变形粒子系统的林火可视化技术研究

林火是一种常见的、危害极大的森林灾害.通过可视化手段研究林火的发生、发展的过程具有重要意义.文章分析了近几年来国内外对火焰模拟与可视化的技术发展,根据林火自身的燃烧机理,提出了基于变形粒子系统的林火火焰的可视化表达方法.该方法用不规则的几何图形来代替图元或像元作为基本粒子,加快绘制速度,并通过求解粒子在不同空间分布上的温度获得粒子的颜色和亮度.仿真结果表明,利用该方法可以快速生成逼真的带有烟雾的林火,并能较好地满足林火的实时绘制需要.     

GIS支持下森林火场蔓延的空间模拟

林火扩展具有时间和空间特征。对火场模拟必须建立在空间背景数据库之上，即在理信息系统和遥感技术的辅助下完成。森林火灾的发生发展有内在和外在因素的影响，内在因素包括了可燃物类型、可燃物湿度、地形，考虑这些因素形成了像元尺度植被燃烧基本历时图；外在因素主要是气候的影响，文中利用生成的植被起火概率图控制像元是否起火。在火场扩展中将Ｒｏｔｈｅｒｍｅｌ模型和经验结合使用，并考虑了坡度和风向带方向的因素的影响。     

多风格融合的复杂森林场景自适应可视化

为了保证森林场景可视化时的真实感,同时保持动态森林场景生成时间的恒定性,本文提出了一种多风格融合的复杂森林场景自适应可视化方法。该方法利用基于视距的模型分布函数来控制树木模型的分布比例,从而建立多风格融合的森林可视化模型;在此基础上,根据复杂森林场景中树木生长模型的计算时间、三维树木绘制时间的估算结果,以及树木的视觉重要性,确定生成森林场景的最佳方案。该方法能够使复杂动态森林场景的生成时间保持较好的稳定性,并且在可视化过程中根据仿真效果动态调整绘制策略。为了验证该方法的有效性和实用性,在动态生长的森林仿真场景中对本文的方法进行了实验和应用。应用结果表明,多风格融合的森林场景自适应可视化方法能在保证森林场景可视化真实感的基础上,有效地提升复杂森林场景的绘制速度,使森林场景的快速漫游具有更好的稳定性和流畅性。     

虚拟情景实训环境三维模拟

应用计算机技术当中的虚拟模拟技术,对于当前各领域实现虚拟情景三维模拟训练已成为可能。本文研究当前技术环境下,利用Unity3D模拟平台构造虚拟情景训练系统的开发与设计。从三维模拟训练系统的关键技术研究入手,以三维场景优化、物理碰撞逻辑检测、动态加载场景以及网络通信作为开发的重点,设计出较为先进和逼真的虚拟情境下三维模拟训练系统。并以消防部门作为系统应用的检测部门,检测结果表示此系统可以很好的表现出现场场景的模拟程度以及逻辑,对于加强消防部门的训练技术和应用效果有很大优势。     

基于OSG粒子系统的消防水柱模拟研究与应用

消防水柱的模拟在消防模拟演练中有着广泛的运用．为了模拟真实的消防水枪喷出水柱的效果,建立逼真的仿真场景,提出了一种基于OSG（open scene graph）粒子系统仿真模拟技术,结合场景真实数据的自定义水粒子模型设计方式．该模型依据水柱的两个端点间水平距离和高度差数据,动态的产生水粒子的属性值,解决了传统模型中水柱不够真实的情况,实验结果表明,自定义水柱粒子模型能够真实的模拟消防水枪喷出的水柱,具有逼真的仿真效果．     

悬臂式掘进机虚拟仿真平台设计

悬臂式掘进机广泛应用于煤矿井下巷道施工,掘进机的培训包括传统的书本教学方法和基于井下实际操作的训练方法,但是由于其场地和安全的局限性,无法满足训练要求.针对这一现状,利用虚拟现实技术和交互仿真技术构建了悬臂式掘进机虚拟仿真平台.该平台采用三维建模技术,使用多边形建模方法制作了悬臂式掘进机、转载机、供电系统等三维模型;运用Unity3D引擎驱动三维模型组成的虚拟场景,采用场景优化技术实时渲染出沉浸式的虚拟场景;在脚本语言C#编程环境下实现操作流程顺序控制、操作描述、三维模型驱动等,实现悬臂式掘进机虚拟仿真培训.培训结果表明,沉浸式人机交互可达到与实物培训相类似的效果,提高使用者学习和操作悬臂式掘进机的效率.     

三维可视化技术在数字林业中的应用研究

数字林业的三维可视化是在林学和计算机图形学领域研究的一个热点,从简单的林木三维建模到辅助进行森林空间结构合理化,三维可视化技术都提供了全新的森林经营理念和生产管理方式。从树木模型、虚拟林相图、生长模型、林火模拟、病虫害监测、森林空间结构六个方面介绍了三维可视化技术在数字林业中的应用概况,并且分析了三维可视化技术对林业生产、经营、管理、决策等起到的重要作用。森林资源信息量大、涉及面广、关系复杂,因此森林资源三维可视化的研究还需要不断深入。     

基于主变起火应急演练的虚拟现实培训系统

为提高火灾应急演练的训练能力,提出基于主变起火应急演练的虚拟现实培训方法。在3D虚拟现实视景模型下计算起火环境的单尺度特征参数,并根据参数结果构建图像输出模型,结合主变起火应急演练模糊控制方法进行虚拟现实培训的三维重构,实现主变起火应急演练虚拟现实培训的控制,在虚拟现实系统中进行主变起火应急演练的视景重构,在视点位置中进行主变起火应急演练的3D虚拟现实模拟,实现基于主变起火应急演练的虚拟现实培训设计。仿真结果表明,采用该方法进行虚拟现实培训系统设计的帧渲染速度快、特征配准率高。     

基于元胞自动机的林火蔓延三维模拟仿真研究

为了在虚拟三维环境中模拟出森林火灾的发展蔓延状态,利用三维引擎进行仿真研究。说明了三维元胞的定义、状态、邻域和转换规则函数;通过求得林火蔓延公式的参数在在8个邻域方向上的分量,得到林火蔓延公式在相应方向上的分量公式。利用Unity3D三维引擎建立野外三维地形,通过不断调整其自带粒子系统的参数,建立适用于不同条件的火焰库和烟雾库,输入气象因素后即可实现林火在三维环境下的模拟蔓延。将野外实地点烧数据与模拟效果进行对比,可以看出模拟的效果与实地点烧相近,模拟效果符合要求。     

计算机图形技术在林火蔓延模拟计算中的应用

蔓延模型在过火区图元集和蔓延灰度图的基础上进行位图操作和轮廓搜索,用蔓延填充处理地理要素的复杂拓扑关系,以位图旋转和错切代替过火区形状的投影变换,利用地形灰度图计算太阳辐射,由此克服了原有波动模型计算性能上的局限.对利用图形技术提高计算速度的实质作了理论分析.最后用算例证实了文中模型能提供精确、实时、可靠、全局、易维护、高适应性的火场发展图.