Fire Dynamics Simulator 기반 실시간 화재 시뮬레이션 소프트웨어 구현

Implementation of Real-time Fire Simulation Software based on Fire Dynamics Simulator

화재 대응력 향상을 위한 훈련 소프트웨어는 건축물 및 공간에서 확산되는 화재 및 연기에 대한 화재 및 유체 흐름을 실제와 유사하게 구현해야 훈련 효과를 향상할 수 있다. 본 논문에서는 실제와 유사한 화재 및 유체 흐름을 제공하기 위해 FDS(Fire Dynamics Simulator) 데이터를 이용한다. FDS는 화재 유체 흐름에 대한 CFD(Computational Fluid Dynamics) 모델로 화재로 인한 연기와 열전달을 3차원으로 해석한다. 하지만, FDS의 계산 과정은 실시간으로 처리하기에는 많은 계산 시간과 대용량 데이터를 요구한다. 따라서, 게임 엔진에 실시간으로 적용하기 위한 FDS 데이터 처리 및 가시화 방법이 필요하다. FDS 데이터를 게임 엔진에 적용하기 위해 전처리 과정을 거치며, 공간, 위치, 화재 데이터로 구분하여 처리하였다. 공간 데이터는 모델링 처리, 감지기 및 스프링클러 구성, 구역별 토폴로지 공간으로 구성된다. 위치 및 화재 데이터는 온도, 열감지기, 연기감지기, 스프링클러, 일산화탄소, 산소, 가시성에 대한 열량 데이터를 시간, 위치에 따라 가중치에 의한 속성에 의해 단계화되어 전처리된다. 상용 Unity 3D 게임 엔진을 이용하여 화재 및 연기의 파티클을 생성하여 화재 및 연기를 렌더링하였으며, 물리적 특성으로 연기의 흐름을 표현하기 위해 Fluvio 모듈을 이펙트 시스템에 적용하여 유체 처리하였다. 전처리된 화재 데이터는 시간에 따라 화재, 연기, 열감지기, 연기감지기, 스프링클러, 공기, 가시성으로 구분되어 시뮬레이션 된다. 화재, 연기, 가시성 시뮬레이션은 화재, 연기를 사용자에게 가시화하며, 실제 소방시설 동작 및 피해 계산은 열감지기, 연기감지기, 스프링클러, 공기 시뮬레이션하여 처리된다. 주요 결과로서, 게임 엔진에 FDS 기반 화재 시뮬레이션을 구현하여 실시간으로 동작함을 확인하였으며, 화재 시뮬레이션 시스템 설계 및 FDS 데이터 전처리 기술을 제안한다. 앞으로 전처리 기술 개선을 통해 FDS 기반 실시간 시뮬레이션 기술에 기여하고자 한다.