基于物理模型的云模擬.pdf

1、在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，人們逐漸利用計(jì)算機(jī)來(lái)再現(xiàn)周圍的真實(shí)世界，自然現(xiàn)象的建模和渲染是近幾十年來(lái)計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，基于物理模型的流體模擬近年來(lái)成為這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，構(gòu)建類似流體流動(dòng)的模型是非常重要且具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，一個(gè)好的解決方法能夠在其他相關(guān)的領(lǐng)域中起到極大地促進(jìn)作用。
　　 云作為戶外場(chǎng)景的重要元素，它是一種非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象，是大氣流動(dòng)的形象化，其形狀不規(guī)則且運(yùn)動(dòng)復(fù)雜、具有隨機(jī)性，三維云的模擬

2、已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一。對(duì)云的模擬，研究人員主要針對(duì)在它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方面，目前已對(duì)靜態(tài)云的真實(shí)感模擬進(jìn)行了大量的研究，但對(duì)于動(dòng)態(tài)云的模擬相對(duì)還比較少。然而，動(dòng)態(tài)云的快速模擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)游戲動(dòng)畫、影視廣告等許多領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值，在三維虛擬場(chǎng)景的漫游和飛行模擬中，實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)云的模擬變得越來(lái)越重要。
　　 本文首先對(duì)目前關(guān)于云的相關(guān)研究與成果進(jìn)行綜述，對(duì)基于物理模型的流體模擬方法進(jìn)行分析，然后對(duì)描述流體現(xiàn)象

3、的Navier-Stokes方程的求解作了詳細(xì)討論，以半拉格朗日法和有限差分法作為核心思想對(duì)Navier-Stokes方程進(jìn)行求解，利用GPU強(qiáng)大的運(yùn)算能力、并行性與可編程性來(lái)加速計(jì)算Navier-Stokes方程，根據(jù)積云的物理特點(diǎn)，提出一種新的動(dòng)態(tài)積云實(shí)時(shí)模擬算法，使用基于物理模型的流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)積云進(jìn)行建模，并引入粒子系統(tǒng)思想，使本文的模擬方法既具有基于物理模擬方法逼真的優(yōu)點(diǎn)，又有粒子系統(tǒng)方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，最終生成實(shí)時(shí)、逼真的動(dòng)態(tài)