基于牛顿—欧拉方程的固流耦合模拟

发布时间：2019-05-06 15:20

【摘要】： 近年来,自然景物的模拟一直是计算机图形学领域最具挑战的问题之一,关于山、水等自然景物的模拟,在计算机游戏、影视、广告各领域中有着广泛的用途,作为自然景物模拟的重要内容,对水波的模拟也日益引起人们的关注。其中基于物理模型的方法由于是从水波现象本身进行较精确的描述,使之成为了最有效最被大家认可的模拟方法。再加之人们对于计算机动画真实感的需求也越来越强烈,使得基于物理模型的水波模拟成为当前的一个研究热点,也成为未来计算机图形学发展的一个重点方向。 本文首先介绍了流体模拟的理论和研究背景、发展及相关工作。其次,介绍了Gerstner模型,并依据Gerstner方程对水面波动进行模拟,并与以正弦波为波动方程的水波对比,以图例的方式总结概括了Gerstner方程在模拟水面波动方面的优势。在此基础上,依据牛顿—欧拉方程,结合力矩和表面张力理论,设计了一组新的基于网格的水波—物体交互方程,模拟了由点波源引起的水波运动,以及水和固体共同存在时,二者之间的相互作用影响各自的运动状态。并详细分析了在这种固流耦合情况中,水波遇到障碍物引起的波纹的变化,以及物体在网格力和转动力的作用下,运动状态随位置、能量和时间改变的变化规律,其中还考虑了表面张力对物体运动状态的影响。从实验效果图看,水波和物体的运动都较为自然真实。随着计算机硬件和需求的提高,人们逐渐将GPU应用于流体模拟,并介绍了基于GPU的流体模拟的相关工作及GPU在三维流体动画模拟等方面的重要作用。最后,介绍了一款PC机上最优秀的三维流体模拟软件—RealFlow,并结合MAYA模拟了向杯中倒水等几种场景的流体形态。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP391.41

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1 本报记者 胡U，

本文编号：2470275