大規(guī)模水面與三維流體的實(shí)時(shí)模擬.pdf

1、通過計(jì)算機(jī)盡可能逼真的模擬現(xiàn)實(shí)世界，一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，特別虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。流體模擬作為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)很具有挑戰(zhàn)性的研究課題，具有很好的商業(yè)價(jià)值，在航海仿真、虛擬城市游覽、數(shù)字電影和廣告等中都有大量應(yīng)用，逼真自然的水面可以很好的增加場(chǎng)景的逼真感和沉浸感。由于對(duì)流體進(jìn)行描述的物理模型十分復(fù)雜，因此流體相較與其它自然現(xiàn)象來(lái)說(shuō)也更難模擬。這時(shí)只有去追溯該現(xiàn)象本身的物理根源，并借助其本身較為精確的物理描述才能真實(shí)再現(xiàn)其外在的視覺

2、效果。 當(dāng)前主要有兩類流體模擬方法，一類就是面模擬(主要是水面模擬)，著眼于通過對(duì)流體表面建模的方法來(lái)模擬流體的運(yùn)動(dòng)；另一類就是體模擬，著眼于對(duì)整個(gè)流體本身進(jìn)行建模，分析其受力模型和運(yùn)動(dòng)變化。 本文首先以硬件加速的方式實(shí)現(xiàn)大規(guī)模水面的實(shí)時(shí)模擬。通過Perlin噪聲函數(shù)構(gòu)造高度圖，然后以高度圖采樣和添加有生命周期的隨機(jī)擾動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)水面的建模。針對(duì)水面模擬計(jì)算量大的特點(diǎn)，通過以硬件加速的方法，以GPU強(qiáng)大的計(jì)算能力完成

3、水面模擬所需要的法向量和反射折射計(jì)算。使模擬效果在真實(shí)感和速度上都有很大的提高，達(dá)到實(shí)時(shí)仿真的目的，渲染速度達(dá)到100FPS以上。 光滑粒子動(dòng)力學(xué)方法是近年來(lái)得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用的無(wú)網(wǎng)格方法的一個(gè)重要分支，是一種純拉格朗日方法。本文以之為理論基礎(chǔ)，詳細(xì)闡述了控制方程的粒子近似法表示，并以樹形結(jié)構(gòu)完成對(duì)鄰域粒子搜索；對(duì)邊界進(jìn)行處理時(shí)引入虛粒子和鏡像粒子，使邊界處的自由粒子沒有密度缺損。采用蛙跳法對(duì)數(shù)值方程求解，更新粒子的各個(gè)參數(shù)。最