基于物理模型的云模拟
发布时间：2021-01-21 12:10
在计算机图形学领域,人们逐渐利用计算机来再现周围的真实世界,自然现象的建模和渲染是近几十年来计算机虚拟现实与系统仿真的一个重要研究领域,基于物理模型的流体模拟近年来成为这个领域的一个研究热点,构建类似流体流动的模型是非常重要且具有挑战性的问题,一个好的解决方法能够在其他相关的领域中起到极大地促进作用。云作为户外场景的重要元素,它是一种非常复杂的自然现象,是大气流动的形象化,其形状不规则且运动复杂、具有随机性,三维云的模拟已经成为计算机图形学中最具挑战性的问题之一。对云的模拟,研究人员主要针对在它的静态和动态方面,目前已对静态云的真实感模拟进行了大量的研究,但对于动态云的模拟相对还比较少。然而,动态云的快速模拟技术在计算机游戏动画、影视广告等许多领域都具有重要的应用价值,在三维虚拟场景的漫游和飞行模拟中,实时的动态云的模拟变得越来越重要。本文首先对目前关于云的相关研究与成果进行综述,对基于物理模型的流体模拟方法进行分析,然后对描述流体现象的Navier-Stokes方程的求解作了详细讨论,以半拉格朗日法和有限差分法作为核心思想对Navier-Stokes方程进行求解,利用GPU强大的运算...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
奥列格拍摄影的奇特云彩图1一2埃坦幸运拍得的心形云彩图案由此，我们也可以认识到，云在当时的环境条件下随着时间不断地变化可
方程组对云的运动建模，并计算云中各点的光亮度，使用GPU(General一Pu印ose computationonGPus)技术，利用图形显卡处理器的快速并行等特点，很大程度提高了云模拟的实时性，如图1一3所示;2004年，Miyazaki[25]等提出了一种称为 svss(shadowviershces)的快速绘制云的方法，可以一次性地求得太阳及视线方向上大气粒子引起的衰减效应;2005年，刘峰[26]提出了一种将分形布朗运动和基于流体相结合的方法对云的运动建模，并采用GPu加速绘制了动态云场景，但该方法只限于二维动态云场景的模拟;2007年，刘世光[27]通过在稀疏的网格上对Navier-stokes方程组进行求解，以建立云的宏观运动，但这时云的运动比较粗糙
位置(通常为网格单元的中心)，交错网格的速度分布在单元表面的中心，其余物理量分布在单元的中心。针对基于三维场景下的流体的模拟，求解区域为三维的，对区域的离散，如图3一1所示。，，，汁·· :... 遥...:...一 一一嗯一 一一一一一一一一一一一一一一 lllllll，‘， ，几下一 ]]]///必 必 ...‘ ...;...二 二 二，，今二 二_~2一 ~~~~~、4。 -----...祖 祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖沪 .......一 一一夕飞一一l、， ;;;;;ZZZ，，卜 卜 :...}__加 加户 户 户几 几几弓一 一一一一一一一一一一一一一一 !!!!!!!二三沂一!!!二飞一 }}}/// ...奋 奋 :...， ...’:间 间 间产 产.---·一尹~~~~~闷户
【参考文献】：
期刊论文
[1]云的模拟技术综述[J]. 吴晶,徐晓刚,陈新来,茆明. 计算机应用研究. 2009(04)
[2]基于计算机视觉和粒子系统的三维云模拟[J]. 龚琳,王善斌,顾大权. 中国体视学与图像分析. 2008(01)
[3]三维云的建模和绘制[J]. 龚琳,顾大权,袁媛. 计算机应用与软件. 2007(02)
[4]三维云场景的模拟[J]. 龚琳,顾大权,范茵,徐四林. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2006(05)
[5]体云的光照模型及其算法实现[J]. 胡香,游雄,武玉国. 测绘科学技术学报. 2006(03)
[6]基于分形几何的动态云模拟[J]. 石贱弟,姜昱明. 计算机仿真. 2006(04)
[7]基于物理的流体模拟动画综述[J]. 柳有权,刘学慧,朱红斌,吴恩华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2005(12)
[8]虚拟现实中粒子系统的设计与应用[J]. 吴继承,江南. 计算机仿真. 2004(11)
[9]图形处理器用于通用计算的技术、现状及其挑战[J]. 吴恩华. 软件学报. 2004(10)
[10]基于中点偏移算法的云的模型设计[J]. 阮鲲,范茵,李汇军,朱晓林. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2003(01)
博士论文
[1]基于物理的流体动画建模技术研究[D]. 应龙.国防科学技术大学 2009
[2]大气现象的真实感建模及绘制技术研究[D]. 刘世光.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于粒子系统三维云的模拟仿真[D]. 徐慧玲.武汉理工大学 2010
[2]基于N-S方程的复杂流体效果模拟[D]. 李翼飞.天津大学 2009
[3]基于粒子系统的动态云的实时模拟[D]. 许函.华中科技大学 2009
[4]基于分形的自然场景模拟[D]. 沙婵娟.贵州师范大学 2009
[5]在GPU上实现的基于物理的流体模拟[D]. 李伟伟.吉林大学 2009
[6]重力热管流动与传热特性的数值模拟[D]. 曹丽召.中国石油大学 2009
[7]基于物理的流体动画研究[D]. 谭捷.上海交通大学 2009
[8]基于流体模型和GPU的云的实时仿真[D]. 高宏俊.大连理工大学 2007
[9]基于GPU的三维流体实时模拟[D]. 陈轶.吉林大学 2007
[10]GPU加速的云的生成和动态模拟[D]. 刘峰.浙江大学 2005
本文编号：2991133
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
奥列格拍摄影的奇特云彩图1一2埃坦幸运拍得的心形云彩图案由此，我们也可以认识到，云在当时的环境条件下随着时间不断地变化可
方程组对云的运动建模，并计算云中各点的光亮度，使用GPU(General一Pu印ose computationonGPus)技术，利用图形显卡处理器的快速并行等特点，很大程度提高了云模拟的实时性，如图1一3所示;2004年，Miyazaki[25]等提出了一种称为 svss(shadowviershces)的快速绘制云的方法，可以一次性地求得太阳及视线方向上大气粒子引起的衰减效应;2005年，刘峰[26]提出了一种将分形布朗运动和基于流体相结合的方法对云的运动建模，并采用GPu加速绘制了动态云场景，但该方法只限于二维动态云场景的模拟;2007年，刘世光[27]通过在稀疏的网格上对Navier-stokes方程组进行求解，以建立云的宏观运动，但这时云的运动比较粗糙
位置(通常为网格单元的中心)，交错网格的速度分布在单元表面的中心，其余物理量分布在单元的中心。针对基于三维场景下的流体的模拟，求解区域为三维的，对区域的离散，如图3一1所示。，，，汁·· :... 遥...:...一 一一嗯一 一一一一一一一一一一一一一一 lllllll，‘， ，几下一 ]]]///必 必 ...‘ ...;...二 二 二，，今二 二_~2一 ~~~~~、4。 -----...祖 祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖祖沪 .......一 一一夕飞一一l、， ;;;;;ZZZ，，卜 卜 :...}__加 加户 户 户几 几几弓一 一一一一一一一一一一一一一一 !!!!!!!二三沂一!!!二飞一 }}}/// ...奋 奋 :...， ...’:间 间 间产 产.---·一尹~~~~~闷户
【参考文献】：
期刊论文
[1]云的模拟技术综述[J]. 吴晶,徐晓刚,陈新来,茆明. 计算机应用研究. 2009(04)
[2]基于计算机视觉和粒子系统的三维云模拟[J]. 龚琳,王善斌,顾大权. 中国体视学与图像分析. 2008(01)
[3]三维云的建模和绘制[J]. 龚琳,顾大权,袁媛. 计算机应用与软件. 2007(02)
[4]三维云场景的模拟[J]. 龚琳,顾大权,范茵,徐四林. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2006(05)
[5]体云的光照模型及其算法实现[J]. 胡香,游雄,武玉国. 测绘科学技术学报. 2006(03)
[6]基于分形几何的动态云模拟[J]. 石贱弟,姜昱明. 计算机仿真. 2006(04)
[7]基于物理的流体模拟动画综述[J]. 柳有权,刘学慧,朱红斌,吴恩华. 计算机辅助设计与图形学学报. 2005(12)
[8]虚拟现实中粒子系统的设计与应用[J]. 吴继承,江南. 计算机仿真. 2004(11)
[9]图形处理器用于通用计算的技术、现状及其挑战[J]. 吴恩华. 软件学报. 2004(10)
[10]基于中点偏移算法的云的模型设计[J]. 阮鲲,范茵,李汇军,朱晓林. 解放军理工大学学报(自然科学版). 2003(01)
博士论文
[1]基于物理的流体动画建模技术研究[D]. 应龙.国防科学技术大学 2009
[2]大气现象的真实感建模及绘制技术研究[D]. 刘世光.浙江大学 2007
硕士论文
[1]基于粒子系统三维云的模拟仿真[D]. 徐慧玲.武汉理工大学 2010
[2]基于N-S方程的复杂流体效果模拟[D]. 李翼飞.天津大学 2009
[3]基于粒子系统的动态云的实时模拟[D]. 许函.华中科技大学 2009
[4]基于分形的自然场景模拟[D]. 沙婵娟.贵州师范大学 2009
[5]在GPU上实现的基于物理的流体模拟[D]. 李伟伟.吉林大学 2009
[6]重力热管流动与传热特性的数值模拟[D]. 曹丽召.中国石油大学 2009
[7]基于物理的流体动画研究[D]. 谭捷.上海交通大学 2009
[8]基于流体模型和GPU的云的实时仿真[D]. 高宏俊.大连理工大学 2007
[9]基于GPU的三维流体实时模拟[D]. 陈轶.吉林大学 2007
[10]GPU加速的云的生成和动态模拟[D]. 刘峰.浙江大学 2005
本文编号：2991133
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