摘 要

随着社会经济和科学技术的快速发展，楼层高、结构复杂的大楼也越来越多，这给发生紧急事件的安全疏散带来了挑战。在这个背景下，本文设计并实现了大楼疏散仿真系统，旨在帮助人们提前了解大楼结构和模拟疏散场景，在发生危险时减轻恐慌情绪并安全疏散。为实现以上目标，本文首先对系统的需求进行了分析，然后对系统的流程和功能进行了设计，最后分模块对系统进行了实现，包括外部火灾报警模块、查看内部布局模块、模拟人员疏散模块和第一视角漫游模块。

本文主要使用了HTML、Javascript和Three.js技术来实现网页上三维场景的构建和展示，利用Sweet Home 3D建模软件构造出大楼三维模型并导入进网页中，并使用PRM算法进行疏散时的全局路径规划，完成了一个渲染速度较快、功能较为全面的基于WebGL的三维大楼疏散仿真系统。

关键词：WebGL；Three.js；疏散仿真

Abstract

With the rapid development of social economy and science and technology, there are more and more buildings with high floors and complex structures, which poses challenges to the safe evacuation of emergencies. In this context, this paper designs and implements a building evacuation simulation system, which aims to help people understand the building structure and simulate evacuation scenarios in advance, reduce panic emotions and evacuate safely when danger occurs. In order to achieve the above goals, this paper first analyzes the requirements of the system, then designs the process and functions of the system, and finally implements the system by modules, including external fire alarm module, viewing internal layout module, and evacuation module And the first perspective roaming module.

This paper mainly uses HTML, JavaScript and three.js technology to realize the construction and display of three-dimensional scene on the web page, uses sweet home 3D modeling software to construct and import the three-dimensional model of the building into the web page, and uses PRM algorithm to carry out the global path planning during evacuation, and completes a fast rendering and comprehensive function of the three-dimensional building evacuation simulation system based on webgl.

Key Words：WebGL；Three.js；evacuation simulation

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文组织结构 3

第二章 Web3D相关研究 4

2.1 Web3D技术 4

2.2 WebGL技术 4

2.3 Three.js库 5

第三章 主要算法和建模工具介绍 7

3.1 全局路径规划算法 7

3.1.1 环境建模 7

3.1.2 PRM算法 7

3.2 Sweet Home 3D简介 9

第四章 系统分析与设计 11

4.1 需求分析 11

4.1.1 功能性需求分析 11

4.1.2 非功能性需求分析 12

4.2 系统流程设计 12

4.3 系统功能设计 13

第五章 系统实现 15

5.1 开发与运行环境 15

5.2 系统功能模块实现 15

5.2.1 外部火灾报警模块 15

5.2.2 查看内部布局模块 17

5.2.3 模拟人员疏散模块 17

5.2.4 第一视角漫游模块 18

5.3 系统性能测试 19

5.4 系统对比与分析 21

第六章 总结与展望 24

6.1 总结 24

6.2 展望 24

参考文献 26

致谢 27

绪论

研究背景

随着社会经济的快速发展和科学技术的巨大进步，各种类型的大楼不断被需要和建造，而且越来越高、结构越来越复杂、可容纳的人群密度越来越大。这极大地满足了人们的生活需求，但是也带来了极大的安全隐患。一旦发生紧急事件如火灾等，人员逃生非常困难^[1]，特别是对大楼结构不了解的人来说，面对混乱的逃生现场，往往会极度恐慌并惊慌失措，大大降低了安全疏散的可能性，酿成人员伤亡惨重、经济损失严重的悲剧。所以不仅在设计时需要考虑如何保证人员安全有效地疏散，在大楼建成之后也要多进行疏散和消防模拟演练，使人们能够熟悉大楼结构和逃生路线，在发生紧急状况时才能够有序进行疏散。

人群疏散仿真的方式很多，其中比较传统的就是在某个固定的时间将人群组织起来集中演习，但是这样总会耗费大量不划算的时间、人力和物力，起到的效果也非常有限^[2]。所以应设计直观的三维大楼模型，让进出大楼的人员可以提前了解到大楼结构和逃生路线，从而能够亲身体验发生紧急情况时的应急措施，在发生危险时才可以沉着面对，最大程度地保证自身的安全。

三维可视化是一种可以再现真实世界的物体、表示三维物体的复杂信息并使其具有实时交互能力的计算机技术^[3]。它以计算机学科为基础，却不只是计算机学科，已经渗透到许多看似毫无关联的其它学科，如医学、生物学、建筑学、地球物理学等^[4]，为这些学科的发展提供了客观的协助和推动作用。随着计算机硬件软件和三维可视引擎技术的快速发展，人们对三维可视化系统的需求越来越高，越来越多的研究已经应用到日常生活和工作中，给人们带来了全新的体验。而基于互联网的三维可视化系统让用户可以不受空间、地域、时间的影响随时随地浏览和使用，最大程度地满足了用户的需求和使用感受，越来越多的用户开始选择并认可这种方式 ^[5]。

因此本次毕业设计选择了“基于WebGL的三维大楼疏散仿真”这一课题，意在结合计算机仿真算法^[6]，并使用Three.js库^[7]构建和展示场景，开发一个可以在网页上运行的三维大楼疏散仿真系统。

国内外研究现状

人群疏散仿真的发展大致可分为初期阶段和计算机模拟阶段这两个时期。初期阶段的研究形式以观察、实验、影像等为主，提出了很多公式用于计算疏散时间，将研究重点主要放在步行能力和出口流动系数上^[8]。后来，随着计算机模拟技术的发展，研究重点逐步转向人员疏散模型以及人员心理行为的研究。许多国家都围绕这两个方面进行了细致全面的研究，取得了很大的进展和重要的数据成果。