不规则物体烟花、烟雾的模拟

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在计算机动画模拟领域中,对不规则模糊物体的模拟是一项困难而又有意义的课题。  本文主要对烟花、烟雾两种不规则模糊物体进行了模拟。针对烟花粒子的运动规律,我们采用了粒子系统的方法对其进行了模拟。根据烟雾的运动规律,我们选择了基于物理的方法对其进行模拟。  在对烟花进行模拟时,我们在传统烟花粒子模型的基础上,做了一些改进,引入了纹理映射技术、色彩融合技术以及显示列表等技术。通过实验结果比较,改进后的烟花粒子系统模拟效果更逼真,实时性更好。Navier-Stokes方程组被认为是描述流体运动规律的最合适的方程组。然而,该方程组过于复杂,不适宜于直接作为烟雾动画模拟的物理模型。为此,我们根据烟雾的特征以及Helmholtz-Hodge分解定理,对Navier-Stokes方程组做了简化,并采用分开算子法的思想对该模型方程进行求解。文中我们还对有限元法、有限体积法、光滑粒子流动力学法以及有限差分法做了简单的介绍。最后,利用有限差分法对我们所选取的物理模型方程进行了求解。在求解过程中,针对有限差分方法存在的一些缺陷,我们引入了一种新的数值方法—半拉格朗日法(Semi-Lagrange)。  我们在vc++6.0环境下,利用OpenGL绘图工具将算得的每个时间步数据进行了可视化。实验结果表明,与以前方法相比,使用我们的方法所取得模拟效果更好。我们还在文中,引入了基于粒子系统方法所制作的烟雾动画,以便与基于物理的方法做一个比较。
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