基于粒子的自适应分层流体模拟研究

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流体模拟是计算机图形学的一个重要分支,其作为一个重要的仿真工具,主要用来生成具有真实感的流体。近年来,流体模拟技术在影视特效制作,虚拟现实,电脑游戏等中得到了广泛的应用。目前基于粒子的流体模拟方法已经有了良好的模拟效果,其可以适应表面剧烈变形的运动,相比于其他方法而言,表面细节也较为丰富。但是,为了保证模拟效果,通常需要较大的粒子数,导致计算量或者所需计算资源比较大。本文的主要目的是针对三种粒子方法进行研究和改进,使得改进后的方法能够减少粒子方法的计算量,并且保持模拟的细节。为此,本文分成如下几个部分:第一部分主要介绍了流体模拟的历史背景和研究意义,国内外流体模拟的研究和发展现状,着重介绍了三种粒子方法的提出与发展,并阐述了本文的主要工作。第二部分主要详细介绍了SPH方法、MPS和PBF方法的基本原理和实现过程,深入对比了三种方法的异同点。第三部分在参考其他分层理论的基础上,提出一种新的基于位置的离子分层方法-—自适应分层方法。该算法首先对流体粒子进行分层,其次,将粒子进行自适应分类。经过这样处理后,减少了模拟的流体使用的粒子数目,并且,又不牺牲流体模拟的表面细节。第四部分将自适应分层方法嵌入三种粒子方法中,对其进行改进,并通过编程实现与实验,分别对三种方法改进前后进行了详细的对比,验证嵌入的方法的有效性。在实验过程中,还对自适应分层方法嵌入的适应性进行了讨论。第五部分对全文工作进行了总结;并对今后流体模拟算法的研究提出了思考和展望。
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