风环境下烟雾的实时模拟

在复杂环境仿真中,烟雾的模拟具有重要的意义.提出一种基于流体力学方程的烟雾模拟方法,并实现了脉动风与烟雾的交互,使烟雾的形态和运动更加逼真自然.采用简化的Von Karman模型建立风场,并引入特征正交分解技术(POD)和快速傅立叶变换技术(FFT)简化其建立过程.利用非粘性不可压缩的N-S(Navier-Stokes)方程描述烟雾运动,并将风场的作用加入到N-S方程中,利用破开算子法和MacCormack法简化N-S方程的求解过程,减少计算量,并保证求解过程在大的时间步长上的稳定性.同时,引入了"漩涡限制",将数值求解过程中的插值耗散补充回流场,增强烟雾的真实性.实验证明,利用本文的方法能够实时高效的模拟出自然逼真三维烟雾效果.

应用多重网格技术进行烟雾与障碍物交互模拟

烟雾在高精度网格中与大量障碍物交互十分耗时.为改善障碍物周围的局部视觉细节并进一步提高模拟的实时性,引入多重网格技术与结点分组方法相结合.使用结点分组方法处理障碍物边界条件;在每个障碍物周围,包围一张局部网格,在每个时间步,为每张网格分别求解N-S方程组并在局部和全局网格间传递信息.实验表明,采用文中方法,在障碍物局部模拟精度和单独使用结点分组方法相近的前提下,模拟速度提高了近3倍,达到了更高的实时性.