随着全球经济的快速发展,世界范围内的船舶保有量持续增加。与此同时,国内外船舶海难事故发生率居高不下,其中船舶火灾事故占据海难事故较高比例,造成了巨大的经济损失和人员伤亡。因此,世界海事组织提出了全面重视船员消防技能水平的要求。由于船舶火灾的特殊性,船员无法经历真实火灾场景,无法了解船舶火灾发生过程使其消防技能水平无法得到提升。针对以上问题,提出以船舶火灾机理作为理论基础应用到机舱火灾可视化过程中的构想,并构建基于火灾仿真计算的船舶机舱火灾可视化系统。在头戴式虚拟现实终端运行该系统以提供沉浸式机舱火灾体验,从而应用于船员火灾培训,加强船员对机舱火灾发展规律的认知,弥补现有火灾演习中无法进行大规模火灾模拟的不足,同时为沉浸式火灾训练系统提供技术基础。研究对象为某散货船,以大涡模拟为基础建立船舶机舱火灾数学模型,重点对船舶机舱空间进行建模仿真,并分析仿真数据总结火灾扩散规律。结合粒子运动规律和火灾扩散规律,在虚拟现实引擎Unity3D下完成火灾可视化系统的搭建,最终系统运行测试结果表明,结合火灾仿真数据的船舶机舱火灾可视化系统能够提供更加真实的火灾扩散场景,配合头戴式虚拟现实终端使操作过程更具沉浸感。论文主要工作如下:(1)以大涡模拟作为数学模型的基础,建立船舶机舱舱内燃烧模型和热辐射模型。以某散货船作为研究对象,结合舱内布置图,对舱内机械设备及管路进行合理简化,在PyroSim火灾仿真软件中建立仿真模型。确定仿真模型的计算区域以及网格划分尺度,设置火源参数和边界条件。通过对比实际火灾实验和对应的仿真实验所得数据,对数学模型和仿真模型进行可靠性验证。(2)根据PyroSim仿真平台所得数据,对温度切片的彩虹图和热电偶所测数据的对比图以及气体浓度数据图进行分析,得出火灾模拟过程中机舱烟气温度及气体浓度在时间上和空间上的大致分布规律,并简述火灾过程中产生的烟气对人体的危害性。(3)通过虚拟现实引擎Unity3D搭建虚拟机舱场景,使用建模软件完成机舱中的设备建模,使用凹凸贴图和光照贴图烘焙技术对场景进行渲染优化;通过碰撞检测函数和导航网格烘焙组件对机舱场景中的可行走区域进行烘焙,并完成路径传送。(4)结合相关运动规律实现火灾粒子和消防射水的可视化过程,读取PyroSim的仿真数据文件,完成对应位置点的仿真数据动态显示和火灾及烟气的可视化蔓延过程,使用Photon Server管理多个客户端之间的画面同步过程,完成整个机舱火灾的可视化系统,并发布到头戴式虚拟现实终端。将该系统开放给相关专业学生进行体验和测试,获得了较好反馈。