基于物理的飛行模擬流體動(dòng)畫仿真技術(shù)及其策略加速研究.pdf

1、飛行模擬器作為地面再現(xiàn)飛機(jī)空中飛行行為，實(shí)現(xiàn)虛擬訓(xùn)練的有效設(shè)備，其關(guān)鍵技術(shù)研究引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。視景仿真系統(tǒng)作為重要組成部分，所營造的虛擬環(huán)境為飛行員提供了70％的感覺信息。煙霧、流體、云等特效作為視景仿真不可或缺的主要元素，直接影響虛擬環(huán)境的真實(shí)感和飛行模擬的訓(xùn)練任務(wù)覆蓋率。發(fā)掘現(xiàn)象內(nèi)在的物理本質(zhì)，是準(zhǔn)確建立計(jì)算模型、真實(shí)再現(xiàn)物理現(xiàn)象的前提，對(duì)于這類流體動(dòng)畫仿真必須采用基于物理的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)。
　　標(biāo)準(zhǔn)的Stable F

2、luids流體仿真技術(shù)和CFD領(lǐng)域移植的SMAC/MAC方法是目前應(yīng)用較多的方案，然而這些技術(shù)或存在一定的數(shù)值耗散、或邊界處理過于簡(jiǎn)化、或研究?jī)H限于2D仿真，更為重要的是研究?jī)H限于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域。故而對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和拓展，將SMAC方法推廣到3D流體流動(dòng)仿真。移植了CFD領(lǐng)域兼顧分析對(duì)象物理特性的處理邊界方法，問題處理更為合理，捕捉了以前算法尚未復(fù)現(xiàn)的物理細(xì)節(jié)，相對(duì)真實(shí)地再現(xiàn)了自然流動(dòng)現(xiàn)象，為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的流體仿真技術(shù)向工程領(lǐng)域的滲

3、透進(jìn)行了探討性研究。
　　可編程圖形處理器（GPU）能夠?qū)⑼ㄓ糜?jì)算從CPU向GPU轉(zhuǎn)移，從而獲取極佳的并行加速計(jì)算性能，因此提出基于GPU的進(jìn)行流體動(dòng)畫仿真。采用預(yù)處理過程進(jìn)行節(jié)點(diǎn)類型分類和輔助計(jì)算紋理生成，通過對(duì)算法有效的數(shù)據(jù)組織和并行處理，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)仿真和繪制的加速，為飛行模擬的云實(shí)時(shí)交互仿真奠定了基礎(chǔ)。
　　在傳統(tǒng)的交互式飛行仿真中，云的類型較多、復(fù)雜隨機(jī)、動(dòng)力學(xué)和光照處理較為困難，這些因素直接影響飛行仿真的逼真性，因

4、此云的特效模擬是飛行模擬器視景仿真急需解決的問題。本文提出基于粒子系統(tǒng)和Texture Sprites生成方法從而實(shí)現(xiàn)覆蓋云譜、表征虛擬環(huán)境的、實(shí)現(xiàn)交互建模的有效方法，其能夠滿足藝術(shù)驅(qū)動(dòng)(Artist-driven)的開發(fā)要求。對(duì)云物理光照的輻射傳輸模型進(jìn)行了改進(jìn)，提出采用粒子尺度相關(guān)的加權(quán)相函數(shù)模型，并建立了大氣密度變化影響的模型，可實(shí)現(xiàn)具有明暗層次、顏色真實(shí)的體云繪制效果，相比較前人工作更為合理并且提高了物理精度。為達(dá)到實(shí)時(shí)繪制，采