大规模真实感固流交互实时绘制方法

针对大规模水面固流交互模拟过程中物体运动和水波扩散不真实且实时性差的问题,提出一种大规模水环境实时交互绘制方法.首先采用分区模拟的方法取代传统的整体高度细节方法,实时模拟大型水域环境,降低计算复杂度;然后在物体运动过程中引入波浪力,结合自定义风力因子实现物体随波逐流的运动效果;在交互波生成过程中,引入正态分布函数对物体三角形面片进行计算,以增强水面波生成的真实感;最后采用结合流体黏度和表面污染形成的衰减公式来改进波动方程,使水波扩散效果更加平滑稳定.实验结果表明,在保证实时性的基础上,该方法能更真实地模拟物体在水面上的运动,同时有效地表现交互过程中水波的生成与扩散过程.

真实感固流交互动画的统一物质点法模拟

固流交互模拟是基于物理的流体模拟技术的重要研究内容,其中如何解决非穿透和滑移接触是难点。为此,提出一种真实感固流交互动画的统一物质点法模拟方法。首先,给出一种基于物质点法的快速微可压缩流体模拟方法,并在统一背景欧拉网格上对固体和流体动量方程进行求解;其次,检测固流接触区域并在其上构建局部多重背景网格,给出一种动量守恒保持的速度修正方法对固体和流体各自网格结点进行速度修正,从而实现固流交互的非穿透和滑移接触效果模拟。实验结果表明,该方法可以模拟稳定、真实的固流交互动画,适用于计算机图形学和虚拟现实领域中的真实感模拟应用。

SPH固流交互中的实时固体破碎动画模拟

目的针对固流交互中的固体破碎现象模拟研究较少、物理模型复杂、多求解器耦合性差、真实感与实时性难以兼顾等问题,提出一种适用于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)固流交互统一粒子框架的实时固体破碎模拟方法。方法首先,结合断裂力学理论与统一粒子框架下固体边界粒子的空间和物理特性,构建基于物理的能量分析模型。然后,通过实时分析固体与流体之间的能量转化和自身能量平衡,将满足条件的粒子作为破碎发生的启发点。最后,采用基于几何的碎块生成方法,将启发点集作为种子点构建Voronoi图,完成碎块的生成。为确保模拟系统实时性,将模拟系统进行并行优化并加载至图形处理器(graphics processing unit,GPU)并行执行。结果通过在不同复杂度和粒子规模的实验场景中进行模拟得到的结果表明,本文方法能够稳定地模拟固体受到流体冲击后发生的破碎现象,破碎细节真实感良好,在百万级粒子规模下能够满足实时性要求,可大规模并行执行且GPU加速效果显著,加速收益随场景规模增大而增大。结论与现有研究相比,本文方法充分结合物理与几何方法的优点,与SPH统一粒子框架具有更高的耦合性,能够稳定地模拟固流交互中的固体破碎现象,细节符合现实世界物理规律,真实感渲染效果良好,可应用于洪涝、海啸、溃坝和泥石流等自然灾害的交互式预演、电子游戏特效等领域。

流-固交互及可变形体破裂的真实感模拟

为了模拟流体与动态环境的相互作用,提出一种流-固交互及可变形体破裂的真实感建模与绘制的算法.该算法使用光滑粒子流体动力学(SPH)与有限单元法(FEM)分别对流体与变形固体进行建模;再根据流-固交互作用的特点,给出一种快速分离液体表面粒子与固体表面网格的交互方法,并采用虚节点的流-固耦合模型模拟了液-固相互作用力.文中算法可用于多个流-固交互破裂的现象,如水管崩裂、水冲堤坝等.

基于SPH方法的流体物理模拟技术综述

在基于物理的流体模拟技术中,光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)作为一种拉格朗日粒子方法,它将连续的计算空间离散化为相互作用的粒子,模拟过程中自动保证质量守恒,适合模拟拓扑不断变化的流体运动并捕获其细节特征,已广泛应用于影视特效、数字娱乐、虚拟医学等领域。本文围绕基于SPH方法的流体物理模拟技术,在不可压缩流体模拟、固流交互模拟、漩涡细节恢复和真实感气泡模拟等方面进行深入调研,综述目前国内外研究现状,分析现有方法的优缺点。最后,讨论当前SPH流体模拟技术仍需解决的问题,并给出将来研究的研究趋势。

基于完全拉格朗日粒子方法的物理动画模拟

自然界中不同类型物体和行为的真实感模拟是物理动画的重要内容,但实现基于统一数值方法的模拟仍是研究难点。基于光滑粒子动力学方法和连续介质力学物理模型,提出一种基于完全拉格朗日粒子方法的物理动画模拟算法,模拟刚性物体、弹性物体和不可压缩流体的动力学行为。此外,结合固体表面粒子的自适应采样方案和相对贡献计算方案,提出一种稳定的固流交互算法。实验结果表明,该方法适合于虚拟环境中不同类型物体运动和交互的统一建模和模拟。