大規(guī)模水面與三維流體的實時模擬.pdf

1、通過計算機盡可能逼真的模擬現(xiàn)實世界，一直是計算機圖形學，特別虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個研究熱點。流體模擬作為計算機圖形學的一個很具有挑戰(zhàn)性的研究課題，具有很好的商業(yè)價值，在航海仿真、虛擬城市游覽、數(shù)字電影和廣告等中都有大量應(yīng)用，逼真自然的水面可以很好的增加場景的逼真感和沉浸感。由于對流體進行描述的物理模型十分復(fù)雜，因此流體相較與其它自然現(xiàn)象來說也更難模擬。這時只有去追溯該現(xiàn)象本身的物理根源，并借助其本身較為精確的物理描述才能真實再現(xiàn)其外在的視覺

2、效果。 當前主要有兩類流體模擬方法，一類就是面模擬(主要是水面模擬)，著眼于通過對流體表面建模的方法來模擬流體的運動；另一類就是體模擬，著眼于對整個流體本身進行建模，分析其受力模型和運動變化。 本文首先以硬件加速的方式實現(xiàn)大規(guī)模水面的實時模擬。通過Perlin噪聲函數(shù)構(gòu)造高度圖，然后以高度圖采樣和添加有生命周期的隨機擾動的方法實現(xiàn)動態(tài)水面的建模。針對水面模擬計算量大的特點，通過以硬件加速的方法，以GPU強大的計算能力完成

3、水面模擬所需要的法向量和反射折射計算。使模擬效果在真實感和速度上都有很大的提高，達到實時仿真的目的，渲染速度達到100FPS以上。 光滑粒子動力學方法是近年來得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用的無網(wǎng)格方法的一個重要分支，是一種純拉格朗日方法。本文以之為理論基礎(chǔ)，詳細闡述了控制方程的粒子近似法表示，并以樹形結(jié)構(gòu)完成對鄰域粒子搜索；對邊界進行處理時引入虛粒子和鏡像粒子，使邊界處的自由粒子沒有密度缺損。采用蛙跳法對數(shù)值方程求解，更新粒子的各個參數(shù)。最