流體表面重建的研究.pdf

1、對(duì)水面的模擬繪制是如今無論是計(jì)算機(jī)游戲還是電影中越來越受到人們關(guān)注的問題。水的特性被越來越多的應(yīng)用在電影特技虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲、平面制作等領(lǐng)域。在電影繪制中,目前的趨勢(shì)是使用越來越大型的以水作為電影的主題場(chǎng)景,比如之前上映的2012海神號(hào)等。并且隨著IMAX技術(shù)的加入,電影的分辨率不斷提高,這就要求在制作時(shí)能夠產(chǎn)生非常多的小細(xì)節(jié),才能使得在電影院觀看時(shí)不覺得水面太單調(diào)。
　　傳統(tǒng)的依靠美工靠人工的方法設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)現(xiàn)。要在計(jì)算機(jī)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(chǎng)不可壓縮的問題。而拉格朗日的粒子方法數(shù)值粘性小,計(jì)算速度快并且細(xì)節(jié)豐富。
　　本文從拉格朗日視點(diǎn)的SPH求解Navie

3、r-Stokes方程組出發(fā)。基于SPH方法,運(yùn)算得到的為大量的空間中的攜帶有流體質(zhì)量的粒子。對(duì)于由SPH粒子提取流體的表面,現(xiàn)有的工作有以歐拉視點(diǎn)的水平集(Level Set)系列方法,基于粒子分布提取表面的密度場(chǎng)方法(Density Field)和距離場(chǎng)方法(Distance Field),以及基于拉格朗日視點(diǎn)的顯式對(duì)流方法。
　　相比于以往的工作,本文提出了一種新的距離場(chǎng)隱式表面計(jì)算方法。相比較于以往的直接在網(wǎng)格點(diǎn)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(duì)最終采樣區(qū)域內(nèi)局部表面位置估計(jì)的影響。
　　其次,本文對(duì)表面采樣區(qū)域的形狀和位置在表面提取中的作用進(jìn)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(shí)降低較深的SPH粒子對(duì)結(jié)果的影響,從而消除粒子本身位置不穩(wěn)定造成的最終結(jié)果問題。
　　最后,本文使用了主成