小规模流体动画仿真的实时渲染研究

发布时间：2021-06-09 17:17

　　随着计算机图形学的发展,基于物理的模拟方法绘制流体动画在电影特效和交互式应用中日趋普遍。这些仿真动画在丰富其场景制作元素的同时,也给人以震撼的视觉享受,并产生了巨大的科研价值与商业价值。目前,流体的交互式仿真模拟研究大多是追求其逼真的渲染效果,以便应用于影视特效,但这些场景模拟动辄就需要几十万甚至上百万的粒子参与,并且还要重构流体表面网格来进行渲染,代价高昂且不实时。为了进行流体仿真的实时渲染,提高流体动画的应用潜力,本文在以往流体粒子与流体网格模拟方法的基础上,简化其渲染步骤并优化了物理仿真过程,极大提高了模拟的实时性;另外,引入更为精确的光照渲染模型来展现出流体动画丰富多彩的视觉效果。首先,针对不同的流体模拟场景采用不同的模拟方法。流体粒子方法（SPH）适用于模拟像是溪流这样可在场景中任意流动的流体,流体网格方法（求解波动方程）适用于模拟像是水池这样固定流体运动范围的场景,也可以耦合这两类方法来迎合模拟需求。合适的模拟方法能够极大提高流体仿真的效率,为后续流体动画的实时渲染奠定基础。其次,每一种流体模拟方法都有其限制仿真效率的瓶颈。为了进行流体动画的实时渲染,针对粒子模拟方法中提取... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

目前主流的流体仿真技术

燕山大学工学硕士学位论文External Pressure ViscosityF F F F ExternalF g PressureF p2ViscosityF v ，压力 与粘滞力 分别作用于流体粒粒子；流体内部受到不同压力的影响导致产生了流分指向压力低的部分，数值上为压力场 的梯度，如水管中的液体就是顺着流体压力的方向不断的向间运动的速度不同而产生的，在液体流动时，流速于流速慢的液体，此力的数值与流体的速度v和粘性ernalPressureFViscosityFp

第 2 章 构建流体运动的物理模型2.1.2 SPH 方法的推导计算SPH 算法作为流体力学中最流行的数学分析方法，它同样也包含着“光滑核”的概念。所谓的“光滑核”，就是流体粒子的物理属性会影响到到流体周围的其它粒子，其中最大的影响半径称为光滑核半径，而且粒子之间的相互影响与粒子之间的距离成反比，将这种具有正态高斯曲线分布的函数称为光滑核函数。可以通过这样的设想来理解 SPH 方法中的光滑核函数，从微观角度上来看，流体是由单个离散的粒子构成，而从宏观角度上来看，流体是连续且作为一个统一的整体，所以在流体中各处参与物理仿真的计算值都受到周围粒子的影响。


本文编号：3220992