Введение 3
Глава 1. Анализ проблемы и постановка задачи 6
1.1. Анализ предметной области; 6
1.2. Обзор существующего программного обеспечения 12
1.3. Формальная постановка задачи 17
Глава 2. Основная часть 19
2.1. Используемые технологии 19
2.2. Разработка математической модели 25
2.3. Практическая реализация симуляции разрушения зданий 27
2.4. Работа приложения 35
Заключение 41
Список литературы 42
Согласно статистике, за последние 42 года в мире произошло более 113000 террористических актов, из которых почти 52000 были связаны с использованием взрывных устройств. Уровень террористической угрозы в России постоянно растет, в 2001-2010 годах произошло почти в 6 раз больше терактов, чем в 1991-2001 и их число продолжает расти (рис. 1) [1]. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, связанные с расчетом масштабов разрушений и потенциального ущерба, который может быть нанесен населенным пунктам при детонации взрывных устройств.
Предметом данной работы является симуляция разрушения зданий в экстремальных ситуациях, а именно при взрывах бомб, заложенных в определенном месте населенного пункта.
В настоящее время на рынке программных продуктов в свободном доступе практически нет программ, способных рассчитать и произвести графическое моделирование взрыва бомб различной мощности в определенном районе населенной местности. Существует сервис NUKEMAP, созданный на основе Google Maps, позволяющий рассчитать последствия ядерного взрыва по заданным условиям[2].Однако, этот сервис обладает рядом недостатков, среди которых невысокая точность расчетов, отсутствие возможности 3D моделирования взрыва бомбы в реальном времени. Кроме того, данный сервис не позволяет рассчитать последствия взрыва неядерных бомб, а получаемая с его помощью информация является интегральной по местности, то есть нельзя определить какой ущерб получит каждое здание в отдельности. Другие существующие программные продукты также являются ограниченными. Они или позволяют только рассчитать зону поражения, или только провести 3D моделирование разрушения зданий, но в свободном доступе нет программных продуктов, способных производить детальную симуляцию разрушений зданий в зависимости от типа и мощности взрывного устройства, и расчет зоны поражения одновременно. Связи с этим тема дипломной работы безусловно является практически значимой и удовлетворяет требованиям новизны.
Целью данной работы является создание программного продукта, способного производить симуляцию разрушения зданий при взрыве бомбы заданной мощности в определенном районе города.
В задачи работы входит:
• изучение способов расчета разрушения зданий и сооружений при взрывах, выбор подходящего математического аппарата для осуществления моделирования последствий взрыва бомбы;
• моделирование зданий и сооружений определенного района города с помощью сервиса OpenStreetMap;
• задание различной взрывоустойчивости зданий на основании требований государственных стандартов по безопасности;
• расчет зоны поражения на основе выбранной теоретической базы;
• изучение инструмента графического моделирования и программирования Unity3D и реализация с его помощью симуляции разрушения зданий при взрыве бомбы заданной мощности в определенном районе города в реальном времени.
Графическое моделирование реализовано с помощью программного пакета Unity 3D.Unity ЗЭ представляет собой современный кросс- платформенный движок для разработки 2DU3D приложений и игр, которые поддерживают DirectX и OpenGL и работают под различными операционными системами - Windows, OS X, Android, Apple iOS, Linux, а также на игровых приставках Wii, PlayStation 3 и Xbox 360.Среди преимуществ устоит выделить возможности импорта, тестирование приложения непосредственно в редакторе, кросс-платформенность, инструментарий для совместной разработки, гибкость и масштабируемость, а также ценовая доступность и наличие бесплатной версии с большим количеством функций. Для изучения Unity ЗЭ использовались литературные источники [3-7].
Моделирование района города производилось с помощью OpenStreetMap [8].OpenStreetMap - это некоммерческий веб-картографический проект с подробной свободной и бесплатной географической карты мира.
Математический аппарат для расчетов разрушений зданий и сооружений был выбран на основе статьи Деркачева Н.В. и соавт. [9], а механизм моделирования сколов и осколков разрушенных зданий был разработан на основе алгоритма, описанного в работе Рыженко А.А. [10].
Структура работы включает введение, четыре главы, заключение, список использованной литературы и приложения.
В ходе выпускной квалификационной работы был создан симулятор взрывов, основанный на современном движке Unity3d. При реализации данного проекта были учтены федеральные стандарты расчета взрывоустойчивости зданий. Для удобства пользователей разработан простой и удобный интерфейс. Также обеспечен вывод данных в журнал событий для возможности дальнейшего анализа. В соответствии с заданными требованиям симуляция происходит в режиме реального времени. Для тестирования данной системы в 3D редакторе 3dsMaxбыли созданы 3Dмодели реальных зданий. С использованием созданных моделей были проведены симуляции для разных значений мощности взрыва. Таким образом основная задача выпускной квалификационной работы выполнена успешно. Предлагаемая кроссплатформенная программа может быть использована обширной аудиторией, хотя основными целевыми группами являются инженеры, архитекторы, сотрудники строительных компаний, сотрудники МЧС, аспиранты и студенты.
