3D流體仿真技術的研究與實現(xiàn).pdf

1、3D流體仿真技術提供了計算機圖形學中讓人驚嘆的視覺效果。因此,隨著人們對于視覺效果的要求越來越高,3D流體仿真逐漸成為了研究者們所關注的焦點。無論是電影特效、三維動畫還是視頻游戲,都可以看到3D流體仿真的蹤跡。同時,3D流體仿真也是模擬多種自然現(xiàn)象的基礎。這些因素決定了3D流體仿真不只是目前的一個研究熱點,也將成為未來計算機圖形學研究的重要方向。
　　本文首先對于3D流體仿真的相關理論和技術進行了深入地研究和分析,包括仿真的物理基

2、礎、流體與動態(tài)障礙物的耦合以及渲染算法的研究,然后設計并實現(xiàn)了基于GPU的3D流體仿真系統(tǒng)。本文的創(chuàng)新之處在于提出了改進的流體仿真算法、改進的體素化方法以及改進的光線投射算法,并且在本文的實現(xiàn)中將這些創(chuàng)新點進行了應用。本文的主要內(nèi)容為:
　　1.本文使用了Navier-Stokes方程作為流體仿真的物理基礎,根據(jù)該方程得到了流體仿真算法。然后,結合本文的具體情況,對流體仿真算法進行了改進。改進的主要內(nèi)容包括使用MacCormack

3、方法求解平流項、在GPU上使用Jacobi迭代法求解壓力項以及一種平流與修正相結合的方法更新水平集,通過使用改進的流體仿真算法可以獲得更精確的結果。
　　2.在流體仿真的過程中,加入了動態(tài)障礙物對于流體的影響,流體與動態(tài)障礙物的耦合是本文的關鍵。由于在耦合過程中需要使用邊界信息和邊界的法向信息,因此本文提出了一種改進的體素化方法,通過這種方法可以獲得耦合所需要的信息,從而實現(xiàn)雙向耦合的過程。對于耦合過程本文進行了實驗,并且取得了明

4、顯的效果。
　　3.在仿真過程結束后,需要將結果渲染出來。本文兼顧效果和效率這兩個方面,采用了光線投射算法的思想。并結合本文的具體情況,對于光線投射算法進行了改進。改進的主要內(nèi)容包括光線行進距離修正、裁剪以及一種控制透明度的方法,通過使用改進的光線投射算法可以獲得正確的結果。
　　最后,以本文之前的研究內(nèi)容作為基礎,實現(xiàn)了基于GPU的3D流體仿真系統(tǒng),并給出了實驗結果與分析。然后,本文對于目前的成果進行了總結,并對以后的工作