基于粒子—网格混合方法的多细节流体并行仿真研究

发布时间：2023-02-19 20:36

　　基于物理的实时流体仿真是计算机图形学的重要研究方向之一,目前已经被广泛应用于计算机动画游戏、电影特效、工业仿真、军事仿真以及科普教育等多个领域。随着人们对流体动画需求的不断提高,如何生成逼真的动画效果以及如何快速仿真等问题成为当前学术界重要的研究方向。本文从解决逼真度和实时性仿真问题出发,重点研究了增强流体动画多细节和快速仿真的方法,设计了基于粒子与网格混合方法的多细节流体实时仿真方法。为了实现多细节的流体实时仿真,本文在LBM-VOF方法的基础上展开讨论和研究,从细节保护和细节增强两个方面实现多细节的流体仿真,并且通过GPU加速流体解算和流体渲染。通过实验对比,本文方法在细节保护、细节增强以及实时仿真及渲染三个方面取得了突破。具体研究内容及创新点归纳如下:1.提出了一种具有二阶精度的气体网格分布函数重构方法。该方法主要解决LBM-VOF方法中存在气体网格分布函数重构方法精度低的问题,其核心思想是首先通过Chapman-Enskog方法将分布函数展开,将分布函数分为平衡态分布函数和非平衡态分布函数两部分,再根据BGK模型相关理论近似的求解平衡态分布函数和非平衡态分布函数。由于该方法是通...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 流体仿真模型简介
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 自由表面追踪技术
        1.3.2 基于LBM的细节保护和细节增强技术
        1.3.3 基于LBM的 GPU并行技术
        1.3.4 流体实时渲染技术
    1.4 本文的主要工作及内容安排
第二章 基于LBM的流体仿真理论基础
    2.1 引言
    2.2 格子BOLTZMANN方法基本理论
    2.3 格子BOLTZMANN方法的作用力模型
    2.4 本章总结
第三章 一种细节保护的自由表面追踪方法
    3.1 引言
    3.2 算法流程
    3.3 自由表面追踪技术
    3.4 一种新的重构气体网格分布函数的方法
    3.5 GPU并行算法设计
    3.6 实验结果及分析
    3.7 本章总结
第四章 一种粒子-网格耦合的细节增强方法
    4.1 引言
    4.2 算法框架与SPH方法概述
        4.2.1 算法框架
        4.2.2 SPH方法概述
    4.3 粒子-网格耦合的细节增强方法
    4.4 GPU并行算法设计
    4.5 实验结论与分析
    4.6 本章总结
第五章 基于GPU的实时流体仿真和渲染
    5.1 引言
    5.2 算法框架
    5.3 一种改进的屏幕空间渲染方法
    5.4 实验结果及分析
    5.5 本章总结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3746916