流體表面重建的研究.pdf

1、對水面的模擬繪制是如今無論是計算機游戲還是電影中越來越受到人們關注的問題。水的特性被越來越多的應用在電影特技虛擬現(xiàn)實、游戲、平面制作等領域。在電影繪制中,目前的趨勢是使用越來越大型的以水作為電影的主題場景,比如之前上映的2012海神號等。并且隨著IMAX技術的加入,電影的分辨率不斷提高,這就要求在制作時能夠產(chǎn)生非常多的小細節(jié),才能使得在電影院觀看時不覺得水面太單調。
　　傳統(tǒng)的依靠美工靠人工的方法設計并繪制水面的方法在新的情況下變

2、得越來越困難。而基于物理模擬和真實光照的流體渲染方法被不斷的提出來?；谖锢淼牧黧w模擬是依照著名的Navier-Stokes方程組來實現(xiàn)。要在計算機上求解Navier-Stokes方程組就必須找到一種離散的表示方法。非常常見的方法有基于歐拉網(wǎng)格的視角和基于粒子的拉格朗日視角。歐拉網(wǎng)格方法求解精度高,而且可以解決流場不可壓縮的問題。而拉格朗日的粒子方法數(shù)值粘性小,計算速度快并且細節(jié)豐富。
　　本文從拉格朗日視點的SPH求解Navie

3、r-Stokes方程組出發(fā)。基于SPH方法,運算得到的為大量的空間中的攜帶有流體質量的粒子。對于由SPH粒子提取流體的表面,現(xiàn)有的工作有以歐拉視點的水平集(Level Set)系列方法,基于粒子分布提取表面的密度場方法(Density Field)和距離場方法(Distance Field),以及基于拉格朗日視點的顯式對流方法。
　　相比于以往的工作,本文提出了一種新的距離場隱式表面計算方法。相比較于以往的直接在網(wǎng)格點上采樣的方法

4、,本文使用了幾何中位數(shù)來定義采樣的中心,從而可以消除外部粒子(outliers)和次要的流體表面對最終采樣區(qū)域內局部表面位置估計的影響。
　　其次,本文對表面采樣區(qū)域的形狀和位置在表面提取中的作用進行了更深入的探索。相比于現(xiàn)有工作中使用各向同性的采樣區(qū)域,本文將空間變換直接作用到采樣核上,使得采樣核沿著表面的方向拉伸同時降低較深的SPH粒子對結果的影響,從而消除粒子本身位置不穩(wěn)定造成的最終結果問題。
　　最后,本文使用了主成