基于PPPM算法的烟雾模拟的研究与应用

发布时间：2017-10-03 04:03

  本文关键词：基于PPPM算法的烟雾模拟的研究与应用

  更多相关文章： 烟雾模拟 PPPM算法 多重网格方法 空间散列 体绘制

【摘要】：流体模拟是指结合物理方程和计算机图形学的方法来模拟烟雾、水流、波浪等常见的自然现象。其中,烟雾的模拟一直是计算机图形学领域中的重点和难点。近年来,随着影视特效、电子游戏等对烟雾模拟真实感要求的提高,基于物理的烟雾模拟技术取得了很大的进展,并被广泛地应用于各个领域中。但是由于该方法计算量巨大,因此模拟出的烟雾实时性较差。为了提高烟雾模拟的效率,本文基于PPPM算法对可以展现丰富流体细节且数值扩散很小的拉格朗日涡方法进行改进,并利用CUDA技术实现了烟雾模拟在GPU上的并行计算。本文引入更为快速准确的多重网格方法来替代迭代法求解泊松方程,并使用基于CUDA的空间散列算法来加快最近相邻粒子的并行搜索,同时利用纹理及共享内存等对程序进行优化。为了适应烟雾粒子在空间中无序分布的特点,本文采用一种改进的体绘制方法来对烟雾进行绘制。目前该烟雾模拟程序已经移植到商业建模与动画软件的插件中。
【关键词】：烟雾模拟 PPPM算法 多重网格方法 空间散列 体绘制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 基于物理的烟雾模拟研究现状13-16
• 1.2.1 基于物理的流体模拟的发展现状13-14
• 1.2.2 基于物理的烟雾模拟的相关研究14-16
• 1.3 GPU编程技术发展及应用16-20
• 1.3.1 GPU简介16-18
• 1.3.2 CUDA概况18-20
• 1.4 本文的主要工作及文章组织结构20-21
• 1.5 本章小结21-22
• 第2章 基于Navier-Stokes方程的流体模拟22-30
• 2.1 不可压缩流体的Navier-Stokes方程22-24
• 2.1.1 Navier-Stokes方程的定义22-23
• 2.1.2 Navier-Stokes方程中的各项23-24
• 2.2 流体模拟的两种主要方法24-27
• 2.2.1 欧拉方法24-25
• 2.2.2 拉格朗日方法25-26
• 2.2.3 两种方法的比较26-27
• 2.3 Naiver-Stokes方程的涡方法求解27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 基于PPPM算法的烟雾模拟30-44
• 3.1 PPPM算法简介30-32
• 3.2 远程速度计算32-36
• 3.2.1 设置计算区域和边界32-33
• 3.2.2 计算网格上的涡量33-34
• 3.2.3 近程分量的消除34-36
• 3.3 速度估算36-38
• 3.4 烟雾中涡粒子的伸展操作38-40
• 3.5 基于GPU的烟雾模拟程序40-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第4章 基于PPPM算法的烟雾模拟的优化44-56
• 4.1 多重网格求解泊松方程44-50
• 4.1.1 多重网格方法44-47
• 4.1.2 实验结果及结果分析47-50
• 4.2 最近相邻粒子搜索算法的优化50-53
• 4.3 CUDA核函数的优化53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 烟雾的绘制56-69
• 5.1 烟雾的绘制56-63
• 5.1.1 光线投射算法57-58
• 5.1.2 光学模型58-59
• 5.1.3 半角切片59-61
• 5.1.4 绘制流程61-63
• 5.2 烟雾模拟结果63-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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3 田l，

本文编号：963015