基于SPH方法的虛擬水流墻系統(tǒng)中水流的模擬研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的綜合發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的視覺效果和真實(shí)性的研究也逐漸成為重點(diǎn)研究方向。而關(guān)于自然景觀的模擬更是吸引了很多專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。自然景觀看起來簡單易懂，但是卻沒有人能夠?qū)λ?、煙霧、爆炸等自然景觀進(jìn)行準(zhǔn)確的描述。因?yàn)檫@些景觀都是隨著時(shí)間發(fā)生不確定性的變化的。而想使用計(jì)算機(jī)技術(shù)將這些景物進(jìn)行模擬更是十分困難。
　　水流就是屬于現(xiàn)實(shí)世界中的一種常見景物，它屬于流體景物，自然形態(tài)

2、復(fù)雜多變，對其進(jìn)行模擬的計(jì)算量和難度都很大，在實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模擬。虛擬水流墻系統(tǒng)是一款對現(xiàn)實(shí)中的水流進(jìn)行模擬的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。他以寓教于樂為目的，以游戲的方式將現(xiàn)實(shí)中的水流展現(xiàn)在用戶面前。用戶可以根據(jù)自己的想象，在系統(tǒng)中對水流進(jìn)行各種操作?，F(xiàn)有水流墻系統(tǒng)的性能和水流視覺效果都不夠理想，而且現(xiàn)有系統(tǒng)多數(shù)都是直接綁定在硬件上的，這樣的系統(tǒng)可移植性、系統(tǒng)維護(hù)性都很難令人滿意。
　　為了解決上述這些問題，重新開發(fā)了一套虛擬水流

3、墻系統(tǒng)。針對系統(tǒng)可執(zhí)行、系統(tǒng)維護(hù)性等問題，采用Unity3D進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。Unity3D是一款成熟的游戲開發(fā)引擎，使用它進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，不僅使開發(fā)過程變得簡單，還能夠直接發(fā)布到Windows、Android、IOS、Linux、Mac、Web等多個(gè)平臺，為項(xiàng)目的可移植性提供了保障。針對水流真實(shí)性和系統(tǒng)的性能的問題，主要對水流系統(tǒng)的模擬方法進(jìn)行了深入的研究，包括基于波的模擬方法、基于物理模型的模擬方法和基于粒子系統(tǒng)的模擬方法，分析各自優(yōu)缺點(diǎn)

4、，并選擇了粒子系統(tǒng)作為本文實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容。粒子系統(tǒng)是目前為止用于模擬不規(guī)則形狀物體最成功的圖形生成算法，使用這種方法能夠模擬出視覺效果真實(shí)的水流。而SPH方法是一種無網(wǎng)格的粒子法，使用這種方法不僅能夠保持粒子系統(tǒng)所模擬的水流的視覺效果，而且能夠彌補(bǔ)粒子系統(tǒng)在系統(tǒng)性能方面的不足。最后以開發(fā)的水流墻系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)平臺，分別采用粒子系統(tǒng)和粒子系統(tǒng)的SPH方法對水流進(jìn)行模擬。并對粒子系統(tǒng)和SPH方法模擬的水流進(jìn)行了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的幀率、系統(tǒng)占用內(nèi)存方