基于N-S方程的水流三維可視化研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，對自然景觀的動(dòng)態(tài)模擬引起了人們的普遍關(guān)注，尤其是自然水流現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)模擬，目前成為了國際上研究的熱門課題之一。本課題是王快-西大洋兩庫連通跨流域調(diào)水工程動(dòng)態(tài)可視化模擬的一部分，也是最關(guān)鍵的部分。通過建立基于流體動(dòng)力學(xué) N-S淺水波方程的自適應(yīng)仿真模型，為王快～西大洋調(diào)水工程的決策、施工提供直觀的三維實(shí)景平臺，為建立更高層次的水量調(diào)度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型提供技術(shù)支持。
　　對于采用物理模型的動(dòng)態(tài)水流的模擬

2、，國內(nèi)廣泛應(yīng)用數(shù)學(xué)函數(shù)構(gòu)造法求解，該法得到的水波僅適于做靜態(tài)水波圖像。本文從水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律的淺水波方程N(yùn)avier-Stokes方程入手，用復(fù)合有限差分法、有限體積法中的Roe-MUSCL方法分別求解該方程，最后將求得的數(shù)值解用OpenGL進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化后處理，經(jīng)過這樣處理后的水波不僅能得到靜態(tài)水波圖像，且能動(dòng)態(tài)顯示各個(gè)時(shí)刻不同的波形。
　　要得到逼真的水流動(dòng)畫，其中一個(gè)關(guān)鍵性的方面在于要模擬出水流在各個(gè)時(shí)刻的形態(tài)。本論文用干擾模型

3、來控制水波的產(chǎn)生和模擬各種類型的波，從而能夠逼真地繪制出水流動(dòng)畫。在本文的水流模型中,水表面看作一個(gè)高度場，水流整體可以按微元的觀點(diǎn)看成由一系列豎直水柱拼接而成。在對水流畫面的生成中，利用OpenGL這一繪圖工具將算得的每個(gè)時(shí)間步的數(shù)據(jù)可視化，從而可以看到水流的運(yùn)動(dòng)形態(tài)畫面。最后，文中對一些常見的水流現(xiàn)象進(jìn)行了模擬，包括滴水漣漪、雨中水池水面、傾斜水躍等水流現(xiàn)象。
　　本論文的第一部分介紹水流模擬課題方面的現(xiàn)狀及人們所采用的方法；