[发明专利]消防喷射水轨迹实时还原仿真算法及其在虚拟环境的应用

说明书

本发明公开了消防喷射水轨迹实时还原仿真算法及其在虚拟环境的应用，通过添加修正系数的数学计算方式对射流轨迹进行预测所需硬件设备较少，且计算速度较快，经过修正的基于空气阻力理论的消防水炮射流轨迹模型能够准确而有效地在Unity虚拟场景中预测消防水炮射流轨迹，以期提高消防水炮射流轨迹预测的准确性，并通过实际射流轨迹对所建立模型进行验证，本发明涉及消防技术领域。该消防喷射水轨迹实时还原仿真算法及其在虚拟环境的应用，通过采用对象池技术，在不使用的时候将水滴预制体实例化对象保存下来而不是直接销毁,在下次使用时直接给予缓存的对象而不需要进行实例化，这样充分利用了资源,也加速了进程，提高了系统性能。

技术领域

本发明涉及消防技术领域，具体为消防喷射水轨迹实时还原仿真算法及其在虚拟环境的应用。

背景技术

伴随着社会的进步和经济的发展，大型商场、体育馆、飞机场和高层住宅已成为城市建筑的重要组成部分，与此同时，这些大空间和高层建筑对消防安全提出了严峻的挑战，为提高灭火的快速性和准确性，不仅要在第一时间瞄准火灾点进行射流，而且对不同流量、不同俯仰角情况下的射流轨迹进行准确定位至关重要。

目前，对于射流轨迹的定位研究主要有两种方式：一是运用计算机图像技术对射流轨迹进行定位，其优势在于可以形成闭环控制，实现渐进式的控制和调节，控制精度较高；二是根据质点运动规律通过数学计算预测射流轨迹，其优势在于只需根据水炮俯仰角和流量等参数便可简便快捷地预测射流轨迹。

上述两种射流轨迹预测方式具备各自优势，但均有待于进行深入研究，从而对射流轨迹进行更加准确的预测与定位，考虑空气阻力数学模型的多种变化因素，通过添加修正系数的数学计算方式对射流轨迹进行预测所需硬件设备较少，且计算速度较快，经过修正的基于空气阻力理论的消防水炮射流轨迹模型能够准确而有效地在Unity虚拟场景中预测消防水炮射流轨迹，以期提高消防水炮射流轨迹预测的准确性，并通过实际射流轨迹对所建立模型进行验证。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了消防喷射水轨迹实时还原仿真算法及其在虚拟环境的应用，通过添加修正系数的数学计算方式对射流轨迹进行预测所需硬件设备较少，且计算速度较快，经过修正的基于空气阻力理论的消防水炮射流轨迹模型能够准确而有效地在Unity虚拟场景中预测消防水炮射流轨迹，以期提高消防水炮射流轨迹预测的准确性，并通过实际射流轨迹对所建立模型进行验证。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：消防喷射水轨迹实时还原仿真算法，具体包括以下步骤：

T1、以单位质量射流微元体为研究对象，建立直角坐标系并受力分析，令v为射流微元体的速度,θ为射流速度方向与x轴正方向夹角，Ft为空气阻力，方向与射流方向相反，mg为微元体重力，方向垂直向下，x和y为微元体的射程和射高；

设i为射流速度方向的单位矢量，则：

两边同时对时间微分，可得：

设j为垂直于射流速度方向的单位矢量，根据矢量微分原理，有：

联立得：

消防水炮的水射流是连续的，因此能够认为喷嘴每秒射出水流质量m为一常数，不随时间t的变化而发生变化，根据牛顿第二定律可得：

向矢量i和j方向投影，得：

由此可知