流体交互模拟研究

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通过图形学的方法描述自然界的各类复杂的现象一直以来都是计算机图形学领域众多研究工作者所关注的重点,而对动态流体的交互模拟更是该领域的研究热点和难点。它是一个复杂的流体运动过程,真实的再现这一过程必须采用基于过程或者基于物理的方法。本文研究的基于物理过程的方法和基于粒子系统的方法均以流体的运动规律为基础,能够较真实的刻画不规则物体,捕捉流体交互运动的细节,因此越来越多地应用于流体交互的计算机模拟。在描述一般的流体运动时,基于物理的方法能够很好的体现流体在运动过程中的各种变形、自由表面、交互等问题。SPH方法就是一种以N-S方程为基础的方法,该方法可以方便全面地捕捉流体运动的细节。本文中采用SPH方法将N-S方程进行离散求解,并给出一种模拟与堤岸交互的方法。实验结果表明,该方法可以很方便的确定流体自由表面,同时体现出各种细节变化,模拟出了行进过程、水花飞溅、融合、与堤岸撞击反弹等复杂的现象。基于粒子系统的方法可以把流体看作是离散的粒子集,每个粒子都有一定的属性,粒子系统是构建三维场景必不可缺的建模工具。粒子系统理论是描述不规则物体的常用方法,因此,一些研究者将其引入到船尾迹的仿真中。在本文中,我们在前人模拟的基础上,引入粒子系统和流体力学方法,成功地模拟了船在水面上行驶产生的较为逼真的尾迹效果,并采用粒子系统对浪花进行了模拟,增强了系统的交互性。从最后的实验结果看,本文所采用的两种流体交互模拟方法在描述流体运动细节方面均达到了比较令人满意的效果,证明了以物体运动规律为基础的模拟方法的优越性。
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