運動剛性物體煙霧隨動現(xiàn)象的實時仿真算法研究.pdf

1、煙霧等流體在自然場景中扮演著舉足輕重的角色，基于物理的煙霧仿真也一直是計算機圖形學與虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域研究的熱點與難點。前人的研究中大部分只考慮了密閉空間中的自然騰升的煙霧模擬，而對煙霧跟隨運動物體的變化仍然甚少涉及。煙霧的動態(tài)追蹤中，需要實時獲取運動物體的位置與方向的隨機變化，從而使得煙霧的跟隨運動復雜多樣。針對上述問題，本文提出一種煙霧動態(tài)追蹤的方法。
　　首先，根據(jù)N-S方程組建立煙霧物理模型，通過分析煙霧動態(tài)追蹤的需求，考慮到空

2、氣阻力對煙霧運動的過多影響，根據(jù)尼古拉茲實驗曲線，建立空氣阻力模型。
　　其次，構(gòu)建自適應(yīng)網(wǎng)格場，引入邊界盒子覆蓋網(wǎng)格區(qū)域，重新定義三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中心，通過與運動物體中心數(shù)據(jù)的算法傳遞，實時捕捉物體中心與自適應(yīng)網(wǎng)格場中心在可接受偏差內(nèi)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)煙霧的位置追蹤。
　　再次，采用旋轉(zhuǎn)矢量法與位置平移方向分析策略，由物體的運動方向作用于煙霧，建立力場分析方程更新熱浮力，通過熱浮力方向因子作用于煙霧方向偏轉(zhuǎn)，解決煙霧的方向追蹤。

3、>　　然后，考慮到煙霧繪制的實時性問題，利用有限差分法快速求解N-S方程組，對流項采用MacCormack方法求解，另外考慮到GPU并行性的高效，通過合理處理線程數(shù)與網(wǎng)格的對應(yīng)，采用線程組并行處理各項式計算，提高實時性。
　　最后，利用Unity引擎平臺，結(jié)合C＃語言和shader渲染，設(shè)計煙霧的動態(tài)追蹤模擬系統(tǒng)，對其方法的實現(xiàn)以及算法的實時性改進進行驗證。實驗表明，采用本文的方法可以在實時的前提下，實現(xiàn)復雜剛性物體運動煙霧的隨動