本发明专利技术提供一种建筑群地震坠物场景混合现实展示方法及装置，包括基于对抗生成网络，结合城市三维边界模型的建筑图像，实现建筑外立面材料的识别和定位；基于建筑外立面材料进行拟态网格分区建模；基于结构动力学方程求解建筑在每个时间步长上的结构动力响应，并判断地震坠物生成；以三维边界模型为碰撞边界，并集成坠物的刚体力学特性和动力特性，构建大规模的建筑群地震坠物场景；通过坠物聚类合并计算提高坠物运动过程的模拟效率；将模拟结果渲染后导入混合现实平台向人员展示高真实感的坠物可视化场景。本发明专利技术可以高效构建地震坠物场景，模拟得到准确的坠物时空分布结果，并实现混合现实可视化，可用于人员避难演练和救援路径规划。路径规划。路径规划。
【技术实现步骤摘要】
一种建筑群地震坠物场景混合现实展示方法及装置
[0001]本专利技术涉及土木工程计算机可视化
，尤其涉及一种筑群地震坠物场景混合现实展示方法及装置。
技术介绍
[0002]通过数学模型推算地震坠物分布结果虽然高效、直观，但难以身临其境的做出避难判断。要进行高效、真实感的地震灾害人员避难展示，需要利用计算机技术构建逼真的建筑震害环境，此外还需考虑到地震坠物对人员避难带来的影响，需要科学、合理地展示地震坠物的分布情况，从而使得避难环境更加真实。通过混合现实技术，可以实现沉浸式的场景展示。将真实空间与三维模型在同一视觉场景下混合显示，让使用者身临其境，进行更真实的避难演示。
[0003]一方面，不同的建筑材料在坠落时的刚体运动轨迹存在差异性，所以需要区分不同坠物所属材料；另一方面，现有方法多是分析强震下建筑倒塌产生的碎片分布情况，而少有中小震下建筑外部围护结构破坏生成的坠物。大多坠物模拟方法是基于弹塑性时程分析或有限元分析，对单体建筑进行精细模拟，以此给出相对精准的坠物分布模型(黄秋昊,黄盛楠,陆新征,胡皓宇,汪家继.高层建筑围护结构地震破坏导致次生灾害的初步研究[J].工程力学,2013,30(S1):94
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98.; 范乐. 中学教学区地震救援仿真训练废墟设计策略研究[D].哈尔滨工业大学，2017.; Xu Z, Lu X, Guan H, et al. Simulation of earthquake
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induced hazards of falling exterior non
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structural components and its application to emergency shelter design[J]. Natural Hazards, 2016, 80(2): 935
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950.; Lu X, Yang Z, Chea C, et al. Experimental study on earthquake
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induced falling debris of exterior infill walls and its impact to pedestrian evacuation[J]. International journal of disaster risk reduction, 2020, 43: 101372.)。但如果应用于城市建筑群模拟，则需要极大的算力，效率较低。除此之外，城市地震坠物的高真实感、高效可视化问题有待进一步研究。所以需要提出一种高效构建建筑群坠物场景的方法。
[0004]综上，目前需要一种基于三维边界模型的建筑群地震坠物场景混合现实展示方法。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供了一种建筑群地震坠物场景混合现实展示方法，不仅可以高效建立高精度和高真实感的地震场景，而且相较于数学模型，可视化场景更加容易理解。另一方面，与结构精细的BIM模型相比，三维边界模型的运算效率和真实感更高。
[0006]为解决上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种建筑群地震坠物场景混合现实展示方法，其特征在于，步骤包括：
[0007]S1：构建对抗生成网络，采集城市建筑群的建筑外立面数据，将所述建筑外立面数
据输入至所述对抗生成网络进行多分化识别训练，获得训练模型；
[0008]S2：以单体建筑为单位，将待识别建筑外立面数据输入至所述训练模型，进行建筑外立面材料识别；根据识别结果，对每栋所述单体建筑进行网格拟态分区建模，获取单体建筑模型；
[0009]S3：基于结构动力学方程求解所述单体建筑在每个时间步长上的结构响应，获得结构响应数据；将结构响应数据和所述单体建筑模型拟合为坠物
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动力耦合模型；
[0010]S4：结合坠物
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动力耦合模型以及坠物的刚体力学性质，模拟坠物的运动过程以及分布结果；
[0011]S5：对模拟结果进行渲染后导入混合现实平台；通过所述混合现实平台将渲染后的模拟结果与现实建筑进行锚定并展示，完成建筑群地震坠物场景混合现实展示。
[0012]优选地，采集城市建筑群的建筑外立面数据，包括：
[0013]根据城市建筑群的三维边界模型，截取并保存特征明显的建筑图像，获得城市建筑群的建筑外立面数据；其中，所述建筑外立面数据为城市建筑群的外立面材料类型。
[0014]优选地，步骤S1中，将所述建筑外立面数据输入至所述对抗生成网络进行多分化识别训练，获得训练模型，包括：
[0015]将所述建筑外立面数据输入至所述对抗生成网络，通过对城市建筑群的外立面材料类型的划分以及标注进行模型训练，当训练准确率达到97%以上，则确定训练模型符合要求，获得训练模型。
[0016]优选地，步骤S2中，以单体建筑为单位，将待识别建筑外立面数据输入至所述训练模型，进行建筑外立面材料识别，包括：
[0017]以单体建筑为单位，将待识别建筑外立面数据输入至所述训练模型，其中所述待识别建筑外立面数据为图像数据；
[0018]通过训练模型对所述图像数据中的各像素点进行识别，获得各像素点的像素坐标对应的材料信息；
[0019]通过所述像素坐标对应的材料信息向真实建筑映射，进行建筑外立面材料定位。
[0020]优选地，通过所述像素坐标向真实建筑映射，进行建筑外立面材料定位，包括：
[0021]根据下述公式（1），通过栅格数据向建筑平面图像转化，计算像素变换矩阵，将像素坐标转换为以建筑外表面为平面的投影坐标；
[0022]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）
[0023]根据下述公式（2），基于三维边界模型与真实世界的映射关系得到映射矩阵T，将投影坐标转换为真实建筑的经纬度坐标，进行建筑外立面材料定位：
[0024] （2）。
[0025]优选地，根据识别结果，对每栋所述单体建筑进行网格拟态分区建模，获取单体建筑模型，包括：
[0026]根据识别结果，基于网格拟态技术，对每栋单体建筑建立立面分区，通过立方体网格逼近建筑表面性态，建立网格模型；
[0027]根据建筑外立面材料的定位结果，定义每个网格模型的所属材料以及材料的刚体力学性质，获取单体建筑模型。
[0028]优选地，步骤S3中，基于结构动力学方程求解所述单体建筑在每个时间步长上的结构响应，获得结构响应数据，包括：
[0029]基于结构动力学方程求解单体建筑在每个时间步长上的结构响应，计算各楼层的层间位移角数据，判断坠物是否产生：
[0030]若某一时刻t的层间位移角数据小于或等于行业规范要求的材料限值，则认为该时刻t该层建筑的外立面材料未发生破坏，不会生成坠物；
[0031]若层间位移角数据大于行业规范要求的材料限值，则认为该时刻t该层建筑的外立面材料发生破坏，并生成坠物，所述坠物抛落的初速度即为该楼层的绝对时程速度，则第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种建筑群地震坠物场景混合现实展示方法，其特征在于，步骤包括：S1：构建对抗生成网络，采集城市建筑群的建筑外立面数据，将所述建筑外立面数据输入至所述对抗生成网络进行多分化识别训练，获得训练模型；S2：以单体建筑为单位，将待识别建筑外立面数据输入至所述训练模型，进行建筑外立面材料识别；根据识别结果，对每栋所述单体建筑进行网格拟态分区建模，获取单体建筑模型；S3：基于结构动力学方程求解所述单体建筑在每个时间步长上的结构响应，获得结构响应数据；将结构响应数据和所述单体建筑模型拟合为坠物
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动力耦合模型；S4：结合坠物
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动力耦合模型以及坠物的刚体力学性质，模拟坠物的运动过程以及分布结果；S5：对模拟结果进行渲染后导入混合现实平台；通过所述混合现实平台将渲染后的模拟结果与现实建筑进行锚定并展示，完成建筑群地震坠物场景混合现实展示。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集城市建筑群的建筑外立面数据，包括：根据城市建筑群的三维边界模型，截取并保存特征明显的建筑图像，获得城市建筑群的建筑外立面数据；其中，所述建筑外立面数据为城市建筑群的外立面材料类型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述建筑外立面数据输入至所述对抗生成网络进行多分化识别训练，获得训练模型，包括：将所述建筑外立面数据输入至所述对抗生成网络，通过对城市建筑群的外立面材料类型的划分以及标注进行模型训练，当训练准确率达到97%以上，则确定训练模型符合要求，获得训练模型。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，以单体建筑为单位，将待识别建筑外立面数据输入至所述训练模型，进行建筑外立面材料识别，包括：以单体建筑为单位，将待识别建筑外立面数据输入至所述训练模型，其中所述待识别建筑外立面数据为图像数据；通过训练模型对所述图像数据中的各像素点进行识别，获得各像素点的像素坐标对应的材料信息；通过所述像素坐标对应的材料信息向真实建筑映射，进行建筑外立面材料定位。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过所述像素坐标对应的材料信息向真实建筑映射，进行建筑外立面材料定位，包括：根据下述公式（1），通过栅格数据向建筑平面图像转化，计算像素变换矩阵，将像素坐标转换为以建筑外表面为平面的投影坐标；
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（1）根据下述公式（2），基于三维边界模型与真实世界的映射关系得到映射矩阵，将投影坐标转换为真实建筑的经纬度坐标，进行建筑外立面材料定位：
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（2）。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据识别结果，对每栋所述单体建筑进行网格拟态分区建模，获取单体建筑模型，包括：
根据识别结果，基于网格拟态技术，对每栋单体建筑建立立面分区，通过立方体网格逼近建筑表面性态，建立网格模型；根据建筑外立面材料的定位结果...
【专利技术属性】
技术研发人员：许镇，朱奕安，周权，范晶晶，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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