小规模场景流固实时交互的研究与实现

发布时间：2023-04-22 22:29

　　小规模流固实时交互模拟一直是计算机图形学领域的热门研究方向,模拟出具有真实感、符合自然现象的流固交互效果是广大图形学研究者的目标。目前,传统的流体模拟更侧重于流体真实感的模拟,而忽视了流体渲染效率低、不实时的问题;此外,目前流固交互模拟的研究工作也比较少。为了解决上述问题,本文将在流固实时交互和流体实时渲染方面进行探索研究,主要工作内容如下。首先,为了更好地模拟小规模场景中不同状态流体的表面细节和运动细节,以及更好地控制流体运动状态,采用基于拉格朗日框架的光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行流体建模,分析流体动力学的原理、光滑核函数以及流体模拟过程中流体粒子的受力情况,并指出流体模拟过程中需要注意的问题,为后续流固实时交互模拟奠定了基础。其次,针对气态流体运动变化多端、表面细节复杂多样的特点,引入柏林噪声函数用以生成随机数,控制烟雾在运动时的粒子速度和粒子生命周期,使速度和生命周期在一定的范围内随机变化,而不是一个固定值,从而模拟气体运动表面不规则、运动随机性以及随机消散的运动特点,使气体运动更具层次感。再次,为了进一步提高流固交互模拟效率,本文提出了一种固定边界反作用力模型,使用三角...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 国内外研究工作现状
        1.2.1 流体模拟研究现状概述
        1.2.2 流固交互模拟研究现状
    1.3 流固实时交互模拟的难点与问题分析
    1.4 研究内容与预期研究目标
    1.5 论文组织结构
第2章 基于SPH方法的流体建模
    2.1 流体动力学原理分析
    2.2 光滑粒子流体动力学
        2.2.1 光滑核函数
        2.2.2 SPH方法的基本方程推导
        2.2.3 分析相邻粒子搜索方法
    2.3 引入柏林噪声函数
    2.4 本章小结
第3章 流体与固体的交互模拟
    3.1 构建固体边界模型
        3.1.1 传统固体边界处理方法
        3.1.2 改进的固体边界模型
    3.2 流体与固体边界的碰撞处理
        3.2.1 时间积分的选用
        3.2.2 流固碰撞检测
        3.2.3 流固碰撞处理的改进
    3.3 本章小结
第4章 流体真实感渲染研究
    4.1 传统流体渲染方法分析
        4.1.1 Marching Cubes算法分析
        4.1.2 光线跟踪算法分析
    4.2 实时流体渲染方法探索
        4.2.1 使用基于屏幕空间的方法渲染液体
        4.2.2 提出扩展粒子系统方法渲染气体
    4.3 本章小结
第5章 小规模场景流固实时交互系统的设计与实现
    5.1 实验开发环境与平台分析
    5.2 小规模场景流固实时交互系统的设计与实现
        5.2.1 系统功能模块设计
        5.2.2 流固实时交互模拟系统运行流程
    5.3 实验效果及对比分析
        5.3.1 小规模场景流体运动效果展示与分析
        5.3.2 流固实时交互模拟及流体渲染的对比与分析
        5.3.3 小规模场景流固交互模拟实时性分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3798521