基于粒子混合模型的固-液-气三相动态模拟

发布时间：2024-02-21 06:44

　　基于物理的自然场景仿真与绘制是计算机图形学中的一个重要研究方向,在影视特效、游戏虚拟场景构建、数值仿真等领域都有着广泛的应用,近年来受到越来越多的关注。在对包含单种相的简单场景进行模拟时,直接采用力学领域的经典模型即可。但是对于包含多种相的复杂场景,需要对基本的计算模型进行拓展。本文对基本的粒子计算框架进行了改造和扩展,实现了单种物质的固-液-气三种相之间转变过程的模拟。在模拟时,将原本完整的粒子拆分为多种组分,使用质量分数向量表示各个相质量的空间分布。然后,在模拟空间中叠加温度场,并构建相变模型计算复合粒子中质量分数向量的转变。同时,为了模拟现实中的“相变延时”现象,添加了“相变潜热”的积累过程,保证相变在同时满足温度和潜热两个条件时才真正发生。为了计算复合粒子的迁移,构建了适用于复合粒子的运动模型。基于流体力学和固体力学中两种经典物理模型形式上的相似性,通过对相关力学项进行整合,可以为复合粒子构建统一的计算模型。在得到粒子集合的空间位置后,利用Level Set算法构建空间距离场,进一步采用Marching Cube算法从空间距离场中提取出三角面片的集合,最后通过POV-Ray光线...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1物理模拟的应用场景

以可视化的方式在机器中再现。而基于物理的模拟是依托于流体力学和固体力学经典的物理模型，通过将目标对象进行离散化处理，并在该离散数值场中对物理型进行求解，来获取目标场景中一系列的动态行为。最终，借助图形学中的相关法，就可以将计算结果可视化处理，得到目标对象运动的画面[1]。一方面，....

图2.3poly6核函数的数值曲线

华中科技大学硕士学位论值也趋于0。这种数值特性会导致粒子位置接近时，粒而引起粒子间的集聚现象，无法达到理想的平衡状态进行压力和粘性力项的计算，而其余物理量的插值计算。

图2.4spiky核函数的数值曲线

图3.2基于N-S方程的粒子运动

（c）第90步图3.2基于N-S方程的粒子运动算为连续形式，在使用SPH方法对该方程进行。其中，相关物理量的基本插值计算，以及说明，本节将应用这些方法对N-S方程中的使用poly6核函数，而梯度的计算则使用spik中心粒子的密度，基本的公式如（3-3）所示....

本文编号：3905195