面向虚拟都江堰的SPH方法流体建模技术研究
发布时间：2021-02-19 10:45
都江堰是中国古代重要科技发明,是传统治水文化的典型代表,其中蕴涵着丰富的历史经验与智慧,具有极大的价值。都江堰工程顺应岷江的水文规律和地理特点,尊重自然、顺应自然规律的理念贯穿工程始终,使其禁得起上千年的时间考验。为提高大众对于都江堰的认知,宣传都江堰的水利文化,本文以都江堰三大水利工程宝瓶口、鱼嘴、飞沙堰为研究对象,结合虚拟现实技术,设计都江堰虚拟漫游系统,让用户能够在远距离浏览都江堰,并获取都江堰的相关知识。为了更好地说明都江堰的水利原理,本文开展了都江堰流域的仿真,采用光滑粒子流体动力学方法模拟水流在鱼嘴、飞沙堰处的运动规律。本文介绍了都江堰虚拟漫游系统设计以及流体仿真的背景和研究意义,同时研究了流体仿真、光滑粒子流体动力学、都江堰数字化以及虚拟现实技术的国内外发展。在此基础上,完成本文的研究工作,具体工作如下:首先,分析了当前光滑粒子流体动力学的基本方法以及基本思路,总结了当前光滑粒子流体动力学方法中主流的周边粒子搜索方法以及边界处理方法。同时,本文在PCISPH方法基础上,提出GPU改进思路。依托此方法,完成都江堰三大水利工程的仿真,以此验证都江堰三大工程的科学性。其次,在仿...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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可以具体分为波浪位移的波数谱、波倾角谱以及方差谱。它将大范围的水面波浪视为多个波的叠加，这些波有不同的波长、不同的振幅、不同的周期以及不同的相位，通过控制这些波的参数，结合有限振幅波理论、微小振幅波理论，最终生成可以不断变化的波浪。Tessendorf 等人利用快速傅里叶变换对波进行控制，能够生成波幅稳定的大规模海面（渲染效果如图 1-2 所示）[17]。Jeschke 等人提出了一种波面跟踪算法，通过结合欧拉方法与傅里叶频谱法两种方法，来丰富水面细节的表达（渲染效果如图 1-3 所示）[18]。Frechot 采集了不同天气状况下海面的数据，对不同情况下的波浪谱、能量场以及高度场的关系进行了优化，使得生成的海面效果更具有真实感[19]。黄玲等人在 Gerstner 模型基础上，结合 NURBS 卷浪曲面生成算法，构建三维卷浪库，通过对卷浪库的调用，最终实现快速生成符合不同环境、不同场景的卷浪效果[20]。波浪谱模型方法描述简单而直观，计算容易，但是和几何构造方法一样，只能进行较为平静的水面模拟，难以实现流体与其他物体的互动，气泡、飞溅效果也难以形成。
可以具体分为波浪位移的波数谱、波倾角谱以及方差谱。它将大范围的水面波浪视为多个波的叠加，这些波有不同的波长、不同的振幅、不同的周期以及不同的相位，通过控制这些波的参数，结合有限振幅波理论、微小振幅波理论，最终生成可以不断变化的波浪。Tessendorf 等人利用快速傅里叶变换对波进行控制，能够生成波幅稳定的大规模海面（渲染效果如图 1-2 所示）[17]。Jeschke 等人提出了一种波面跟踪算法，通过结合欧拉方法与傅里叶频谱法两种方法，来丰富水面细节的表达（渲染效果如图 1-3 所示）[18]。Frechot 采集了不同天气状况下海面的数据，对不同情况下的波浪谱、能量场以及高度场的关系进行了优化，使得生成的海面效果更具有真实感[19]。黄玲等人在 Gerstner 模型基础上，结合 NURBS 卷浪曲面生成算法，构建三维卷浪库，通过对卷浪库的调用，最终实现快速生成符合不同环境、不同场景的卷浪效果[20]。波浪谱模型方法描述简单而直观，计算容易，但是和几何构造方法一样，只能进行较为平静的水面模拟，难以实现流体与其他物体的互动，气泡、飞溅效果也难以形成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟现实技术与德州黑陶文化传承创新[J]. 杨冬梅,胡建华. 科技传播. 2019(06)
[2]都江堰工程对现代水利工程全过程管理的启示[J]. 谢晓莉,卢明湘,李萍. 价值工程. 2018(30)
[3]基于CUDA的弱可压SPH流体建模与仿真[J]. 段兴锋,任鸿翔,神和龙. 计算机工程与科学. 2018(08)
[4]赫哲族鱼皮文化数字化保护与传播研究[J]. 刘贺,宋立权. 艺海. 2018(03)
[5]李冰治水思想辩证关系探析[J]. 舒嘉奇. 华北水利水电大学学报(社会科学版). 2018(01)
[6]流体动画生成方法研究综述[J]. 张娟,王昱哲,商柳,朱登明. 集成技术. 2017(01)
[7]虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J]. 刘德建,刘晓琳,张琰,陆奥帆,黄荣怀. 开放教育研究. 2016(04)
[8]风环境中水面实时模拟[J]. 唐勇,洪倩,张利辉,吕梦雅. 小型微型计算机系统. 2015(09)
[9]基于几何模型和粒子系统的近海海浪动态仿真[J]. 曹丹丹,徐青,朱彩英,刘晓春. 地理空间信息. 2014(02)
[10]基于LBM的自由表面流体真实感绘制[J]. 王长波,张卓鹏,张强,钱嫕婧,张洁钰,徐天慧. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(01)
博士论文
[1]不可压缩SPH流体的真实感模拟及其加速技术研究[D]. 聂霄.电子科技大学 2015
硕士论文
[1]虚拟现实在唐陵数字化保护中的应用与研究[D]. 田泽同.西安理工大学 2018
[2]媒介环境学视野下虚拟现实的媒介偏向研究[D]. 乔斐.暨南大学 2018
本文编号：3041005
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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可以具体分为波浪位移的波数谱、波倾角谱以及方差谱。它将大范围的水面波浪视为多个波的叠加，这些波有不同的波长、不同的振幅、不同的周期以及不同的相位，通过控制这些波的参数，结合有限振幅波理论、微小振幅波理论，最终生成可以不断变化的波浪。Tessendorf 等人利用快速傅里叶变换对波进行控制，能够生成波幅稳定的大规模海面（渲染效果如图 1-2 所示）[17]。Jeschke 等人提出了一种波面跟踪算法，通过结合欧拉方法与傅里叶频谱法两种方法，来丰富水面细节的表达（渲染效果如图 1-3 所示）[18]。Frechot 采集了不同天气状况下海面的数据，对不同情况下的波浪谱、能量场以及高度场的关系进行了优化，使得生成的海面效果更具有真实感[19]。黄玲等人在 Gerstner 模型基础上，结合 NURBS 卷浪曲面生成算法，构建三维卷浪库，通过对卷浪库的调用，最终实现快速生成符合不同环境、不同场景的卷浪效果[20]。波浪谱模型方法描述简单而直观，计算容易，但是和几何构造方法一样，只能进行较为平静的水面模拟，难以实现流体与其他物体的互动，气泡、飞溅效果也难以形成。
可以具体分为波浪位移的波数谱、波倾角谱以及方差谱。它将大范围的水面波浪视为多个波的叠加，这些波有不同的波长、不同的振幅、不同的周期以及不同的相位，通过控制这些波的参数，结合有限振幅波理论、微小振幅波理论，最终生成可以不断变化的波浪。Tessendorf 等人利用快速傅里叶变换对波进行控制，能够生成波幅稳定的大规模海面（渲染效果如图 1-2 所示）[17]。Jeschke 等人提出了一种波面跟踪算法，通过结合欧拉方法与傅里叶频谱法两种方法，来丰富水面细节的表达（渲染效果如图 1-3 所示）[18]。Frechot 采集了不同天气状况下海面的数据，对不同情况下的波浪谱、能量场以及高度场的关系进行了优化，使得生成的海面效果更具有真实感[19]。黄玲等人在 Gerstner 模型基础上，结合 NURBS 卷浪曲面生成算法，构建三维卷浪库，通过对卷浪库的调用，最终实现快速生成符合不同环境、不同场景的卷浪效果[20]。波浪谱模型方法描述简单而直观，计算容易，但是和几何构造方法一样，只能进行较为平静的水面模拟，难以实现流体与其他物体的互动，气泡、飞溅效果也难以形成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟现实技术与德州黑陶文化传承创新[J]. 杨冬梅,胡建华. 科技传播. 2019(06)
[2]都江堰工程对现代水利工程全过程管理的启示[J]. 谢晓莉,卢明湘,李萍. 价值工程. 2018(30)
[3]基于CUDA的弱可压SPH流体建模与仿真[J]. 段兴锋,任鸿翔,神和龙. 计算机工程与科学. 2018(08)
[4]赫哲族鱼皮文化数字化保护与传播研究[J]. 刘贺,宋立权. 艺海. 2018(03)
[5]李冰治水思想辩证关系探析[J]. 舒嘉奇. 华北水利水电大学学报(社会科学版). 2018(01)
[6]流体动画生成方法研究综述[J]. 张娟,王昱哲,商柳,朱登明. 集成技术. 2017(01)
[7]虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J]. 刘德建,刘晓琳,张琰,陆奥帆,黄荣怀. 开放教育研究. 2016(04)
[8]风环境中水面实时模拟[J]. 唐勇,洪倩,张利辉,吕梦雅. 小型微型计算机系统. 2015(09)
[9]基于几何模型和粒子系统的近海海浪动态仿真[J]. 曹丹丹,徐青,朱彩英,刘晓春. 地理空间信息. 2014(02)
[10]基于LBM的自由表面流体真实感绘制[J]. 王长波,张卓鹏,张强,钱嫕婧,张洁钰,徐天慧. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(01)
博士论文
[1]不可压缩SPH流体的真实感模拟及其加速技术研究[D]. 聂霄.电子科技大学 2015
硕士论文
[1]虚拟现实在唐陵数字化保护中的应用与研究[D]. 田泽同.西安理工大学 2018
[2]媒介环境学视野下虚拟现实的媒介偏向研究[D]. 乔斐.暨南大学 2018
本文编号：3041005
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