基于光滑粒子流體動力學(xué)的壁泉實時仿真算法研究與實現(xiàn).pdf

1、現(xiàn)實世界中的流體現(xiàn)象十分豐富，要在計算機圖形所構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實環(huán)境中對這些現(xiàn)象進(jìn)行仿真，一直是計算機圖形學(xué)領(lǐng)域一個十分具有挑戰(zhàn)的研究課題。富有真實感的流體仿真技術(shù)能夠在影視制作、動畫設(shè)計、計算機游戲開發(fā)、裝潢設(shè)計、園林設(shè)計、城市規(guī)劃等諸多領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。在此類研究早期，主要通過構(gòu)造的方法對一些簡單的流體現(xiàn)象進(jìn)行仿真。近年來隨著圖形硬件性能的提高以及人們對圖形真實感的追求，該領(lǐng)域?qū)W者開始陸續(xù)提出基于物理的流體仿真算法，從而可以用計算機生

2、成更為逼真多樣的流體效果。由于流體的豐富特性，這些算法并不能通用于各種流體現(xiàn)象，隨著應(yīng)用背景的不同以及仿真環(huán)境的改變，這些算法被不斷地改進(jìn)和完善。 壁泉是一種富有觀賞性的水體造景藝術(shù)，它通過水體流經(jīng)建筑物表面來達(dá)到獨特的景觀效果，這在園林和建筑設(shè)計中經(jīng)?？梢钥吹?。壁泉不同于噴泉、瀑布等劇烈的水體運動，其低緩連續(xù)的水體與建筑表面的交互是構(gòu)成壁泉特征必不可少的元素，用模擬噴泉和瀑布等已有的方法來表現(xiàn)壁泉很難達(dá)到良好的效果。本文以壁泉

3、現(xiàn)象為仿真對象，在對已有圖形學(xué)流體仿真算法進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一種可以用于壁泉實時仿真的算法思想——單層粒子投影思想，在此思想的基礎(chǔ)上，借鑒M(u)ller在其SPH流體仿真算法中提出的光滑核函數(shù)和對稱化公式，設(shè)計出了一種基于SPH方法的壁泉實時仿真算法，并對該算法進(jìn)行了仿真演示。仿真結(jié)果表明，該算法繪制出的壁泉效果具有物理真實感，同時能夠滿足實時性的要求，達(dá)到了理想的繪制幀率。這一算法可以為壁泉等景觀水體在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的繪制