基于牛頓-歐拉方程的固流耦合模擬.pdf

1、近年來，自然景物的模擬一直是計算機圖形學領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的問題之一，關(guān)于山、水等自然景物的模擬，在計算機游戲、影視、廣告各領(lǐng)域中有著廣泛的用途，作為自然景物模擬的重要內(nèi)容，對水波的模擬也日益引起人們的關(guān)注。其中基于物理模型的方法由于是從水波現(xiàn)象本身進行較精確的描述，使之成為了最有效最被大家認可的模擬方法。再加之人們對于計算機動畫真實感的需求也越來越強烈，使得基于物理模型的水波模擬成為當前的一個研究熱點，也成為未來計算機圖形學發(fā)展的一個重點方

2、向。
　　 本文首先介紹了流體模擬的理論和研究背景、發(fā)展及相關(guān)工作。其次，介紹了Gerstner模型，并依據(jù)Gerstner方程對水面波動進行模擬，并與以正弦波為波動方程的水波對比，以圖例的方式總結(jié)概括了Gerstner方程在模擬水面波動方面的優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)牛頓一歐拉方程，結(jié)合力矩和表面張力理論，設(shè)計了一組新的基于網(wǎng)格的水波-物體交互方程，模擬了由點波源引起的水波運動，以及水和固體共同存在時，二者之間的相互作用影響各自的

3、運動狀態(tài)。并詳細分析了在這種固流耦合情況中，水波遇到障礙物引起的波紋的變化，以及物體在網(wǎng)格力和轉(zhuǎn)動力的作用下，運動狀態(tài)隨位置、能量和時間改變的變化規(guī)律，其中還考慮了表面張力對物體運動狀態(tài)的影響。從實驗效果圖看，水波和物體的運動都較為自然真實。隨著計算機硬件和需求的提高，人們逐漸將GPU應(yīng)用于流體模擬，并介紹了基于GPU的流體模擬的相關(guān)工作及GPU在三維流體動畫模擬等方面的重要作用。最后，介紹了一款PC機上最優(yōu)秀的三維流體模擬軟件-Rea